DE112012000861T5 - Three-dimensional aluminum porous body for a current collector, electrode using the aluminum porous body, non-aqueous electrolyte battery, capacitor and lithium-ion capacitor - Google Patents
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Abstract
Es ist ein erfindungsgemäßes Ziel, einen blattförmigen porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk für einen Stromkollektor, der in geeigneter Weise für Elektroden für Batterien mit nicht-wässrigem Elektrolyt und Elektroden für Kondensatoren verwendet wird, eine Elektrode und einen Kondensator bereitzustellen, die diesen jeweils verwenden. Der erfindungsgemäße poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk für einen Stromkollektor ist ein blattförmiger poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk für einen Stromkollektor, der für Elektroden verwendet wird, und der poröse Aluminiumkörper wurde so hergestellt, dass er einen durchschnittlichen Zellendurchmesser von 500 μm oder mehr und 1000 μm oder weniger aufweist, um die Füllleistung einer aktiven Materialaufschlämmung zu erhöhen.It is an object of the present invention to provide a three-dimensional network sheet-shaped aluminum porous body for a current collector, which is suitably used for non-aqueous electrolyte battery electrodes and capacitor electrodes, to provide an electrode and a capacitor using the same. The three-dimensional network aluminum porous body for a current collector of the present invention is a three-dimensional network sheet-shaped aluminum porous body for a current collector used for electrodes, and the aluminum porous body was manufactured to have an average cell diameter of 500 μm or more and 1000 μm or has less to increase the filling capacity of an active material slurry.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung betrifft einen porösen Aluminiumkörper mit einem dreidimensionalen Netzwerk für einen Stromkollektor, der für eine Batterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt (Lithiumbatterie usw.), einen Kondensator und einen Lithium-Ionen-Kondensator, die jeweils eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung einschließen, und dergleichen verwendet wird.The present invention relates to an aluminum porous body having a three-dimensional network for a current collector, which includes a nonaqueous electrolyte battery (lithium battery, etc.), a capacitor, and a lithium ion capacitor, each including a nonaqueous electrolytic solution. and the like is used.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Poröse Metallkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur wurden in einem breiten Spektrum von Anwendungen, wie z. B. verschiedenartige Filter, Katalysatorträger und Batterieelektroden, verwendet. Beispielsweise wurde Celmet (hergestellt von Sumitomo Electric Industries, Ltd., eingetragene Handelsmarke), das aus einem porösen Nickelkörper mit dreidimensionalem Netzwerk zusammengesetzt ist (nachfolgend auch als „poröser Nickelkörper” bezeichnet) als Elektrodenmaterial für Batterien, wie z. B. Nickel-Metallhydrid-Batterien und Nickel-Cadmium-Batterien, verwendet. Celmet ist ein poröser Metallkörper mit kontinuierlichen Poren und weist charakteristischerweise eine höhere Porosität (90% oder mehr) als andere poröse Körper, wie metallische Vliesstoffe, auf. Celmet kann durch Bildung einer Nickelschicht auf der Oberfläche eines Skeletts aus einem porösen Harz mit kontinuierlichen Poren, wie Urethanschaum, anschließendes Zersetzen des Harzschaumformkörpers durch eine Wärmebehandlung und Reduzieren des Nickels erhalten werden. Die Nickelschicht wird mittels Durchführung einer Leitfähigkeitsbehandlung mit Auftragen eines Kohlenstoffpulvers oder dergleichen auf der Oberfläche des Skeletts aus dem Harzschaumformkörper und anschließende Nickelabscheidung durch Elektroplattierung gebildet.Porous metal bodies with a three-dimensional network structure have been used in a wide range of applications, such. B. various filters, catalyst supports and battery electrodes used. For example, Celmet (manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd., registered trade mark) composed of a three-dimensional network porous nickel body (hereinafter also referred to as a "nickel porous body") has been used as an electrode material for batteries such as batteries. As nickel-metal hydride batteries and nickel-cadmium batteries used. Celmet is a porous metal body with continuous pores and characteristically has a higher porosity (90% or more) than other porous bodies, such as metallic nonwovens. Celmet can be obtained by forming a nickel layer on the surface of a skeleton of a porous resin having continuous pores such as urethane foam, then decomposing the resin foam molded body by heat treatment and reducing the nickel. The nickel layer is formed by conducting a conductive treatment by applying a carbon powder or the like on the surface of the skeleton of the resin foam molded body followed by nickel plating by electroplating.
Andererseits weist Aluminium genauso wie Nickel eine ausgezeichnete Charakteristik, wie z. B. eine Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Leichtgewichtigkeit, auf, und für Anwendungen in Batterien wird z. B. eine Aluminiumfolie, in der ein aktives Material, wie Lithiumkobaltoxid, auf ihre, Oberfläche aufgetragen ist, als positive Elektrode für eine Lithiumbatterie verwendet. Zur Erhöhung der Kapazität einer positiven Elektrode wird in Betracht gezogen, einen porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk (nachfolgend als „poröser Aluminiumkörper” bezeichnet), in dem die Aluminiumoberfläche vergrößert ist, zu verwenden und das Innere des Aluminiums mit einem aktiven Material zu füllen. Der Grund dafür ist, dass dadurch ermöglicht wird, dass das aktive Material selbst in einer Elektrode mit einer großen Dicke eingesetzt wird, und sich der Verfügbarkeitsgrad des aktiven Materials pro Einheitsfläche verbessert.On the other hand, aluminum as well as nickel has excellent characteristics, such. As a conductivity, corrosion resistance and lightweight, and for applications in batteries is z. For example, an aluminum foil in which an active material such as lithium cobalt oxide is coated on its surface is used as a positive electrode for a lithium battery. To increase the capacity of a positive electrode, it is considered to use a three-dimensional network aluminum porous body (hereinafter referred to as "aluminum porous body") in which the aluminum surface is enlarged and fill the inside of the aluminum with an active material. The reason for this is that it allows the active material itself to be used in an electrode having a large thickness and improves the availability degree of the active material per unit area.
Als Verfahren zur Herstellung eines porösen Aluminiumkörpers beschreibt Patentliteratur 1 ein Verfahren des Unterziehens eines Kunststoffsubstrats mit dreidimensionalem Netzwerk mit einem kontinuierlichen Innenraum einer Aluminiumdampfabscheidung durch ein Lichtbogen-Verdampfungsverfahren (arc ion plating method) zur Bildung einer metallischen Aluminiumschicht mit einer Dicke von 2 bis 20 μm.As a method for producing an aluminum porous body,
Es wird berichtet, dass gemäß diesem Verfahren ein poröser Aluminiumkörper mit einer Dicke von 2 bis 20 μm erhalten wird, da dieses Verfahren jedoch auf einem Dampfphasenverfahren basiert, ist es schwierig, einen großflächigen porösen Körper herzustellen, und es ist schwierig, eine Schicht zu bilden, die im Innern gleichmäßig in Abhängigkeit von der Dicke oder Porosität des Substrats ist. Ferner weist dieses Verfahren die Probleme auf, dass eine Bildungsgeschwindigkeit der Aluminiumschicht gering ist und die Produktionskosten hoch sind, da die Fertigungsanlagen teuer sind. Wenn darüber hinaus ein dicker Film gebildet wird, besteht die Möglichkeit, dass Risse in dem Film erzeugt werden oder Aluminium abblättern kann.It is reported that according to this method, a porous aluminum body having a thickness of 2 to 20 μm is obtained, but since this method is based on a vapor-phase method, it is difficult to produce a large-area porous body, and it is difficult to form a layer which is uniform in the interior depending on the thickness or porosity of the substrate. Further, this method has the problems that a formation speed of the aluminum layer is low and the production cost is high because the manufacturing equipment is expensive. Moreover, if a thick film is formed, there is a possibility that cracks may be generated in the film or aluminum peel off.
Patentliteratur 2 beschreibt ein Verfahren zum Erhalten eines porösen Aluminiumkörpers, das die Bildung eines Films aus einem Metall (wie Kupfer) auf einem Skelett aus einem Harzschaum-Formkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur, wobei das Metall die Fähigkeit aufweist, bei einer Temperatur, die gleich oder unterhalb des Schmelzpunkts von Aluminium ist, eine eutektische Legierung zu bilden, die anschließende Auftragung einer Aluminiumpaste auf den Film und die Durchführung einer Wärmebehandlung in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von 550°C oder höher und 750°C oder niedriger zur Entfernung eines organischen Bestandteils (Harzschaum) und Sinterung eines Aluminiumpulvers einschließt.
Gemäß diesem Verfahren wird allerdings eine Schicht hergestellt, die eine eutektische Legierung aus dem oben erwähnten Metall und Aluminium bildet, und eine Aluminiumschicht mit hoher Reinheit kann nicht gebildet werden.However, according to this method, a layer is formed which forms a eutectic alloy of the above-mentioned metal and aluminum, and a high-purity aluminum layer can not be formed.
Als weiteres Verfahren wird in Betracht gezogen, dass ein Harzschaumformkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur einer Aluminiumplattierung unterzogen wird. Ein Elektroplattierungsverfahren von Aluminium selbst ist bekannt, da Aluminium jedoch eine hohe chemische Affinität zu Sauerstoff und ein geringeres elektrisches Potential als Wasserstoff aufweist, ist die Elektroplattierung in einem Plattierbad mit einem wässrigen Lösungssystem schwierig. Daher wurde herkömmlich eine Aluminiumelektroplattierung in einem Plattierbad mit einem nicht-wässrigen Lösungssystem untersucht. Als Technik zur Plattierung einer Metalloberfläche mit Aluminium zum Zwecke der Antioxidation der Metalloberfläche offenbart Patentliteratur 3 beispielsweise ein Aluminium-Elektroplattierungsverfahren, worin eine niedrig-schmelzende Zusammensetzung, die ein Schmelzengemisch aus einem Oniumhalogenid und einem Aluminiumhalogenid ist, als Plattierbad verwendet wird und Aluminium auf einer Kathode abgeschieden wird, während der Wassergehalt des Plattierbads auf 2 Masse-% oder weniger gehalten wird. As another method, it is considered that a resin foam molded body having a three-dimensional network structure is subjected to aluminum plating. An electroplating method of aluminum itself is known, but since aluminum has a high chemical affinity for oxygen and a lower electric potential than hydrogen, electroplating in a plating bath with an aqueous solution system is difficult. Therefore, conventionally, aluminum electroplating in a plating bath having a non-aqueous solution system has been studied. As a technique for plating a metal surface with aluminum for the purpose of antioxidating the metal surface,
Mit der Aluminiumplattierung ist allerdings lediglich das Plattieren einer Metalloberfläche möglich, und Verfahren zur Elektroplattierung auf einer Oberfläche eines Harzformkörpers, insbesondere die Elektroplattierung auf der Oberfläche eines Harzformkörpers mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur, sind nicht bekannt.However, with aluminum plating, only plating of a metal surface is possible, and methods of electroplating on a surface of a resin molded article, particularly electroplating on the surface of a resin molded article having a three-dimensional network structure, are not known.
Die hiesigen Erfinder haben ernsthafte Untersuchungen betreffend ein Verfahren zur Elektroplattierung der Oberfläche eines Urethan-Harzformkörpers mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur mit Aluminium vorgenommen und herausgefunden, dass die Elektroplattierung der Oberfläche eines Urethan-Harzformkörpers möglich ist, indem der Urethan-Harzformkörper, in dem mindestens die Oberfläche elektrisch leitfähig gemacht wird, mit Aluminium in einem Schmelzsalzbad plattiert wird. Diese Erkenntnisse haben zur Vollendung eines Verfahrens vor Herstellung eines porösen Aluminiumkörpers geführt. Gemäß diesem Herstellungsverfahren kann eine Aluminiumstruktur mit einem Urethan-Harzformkörper als Kern ihres Skeletts erhalten werden. Für einige Anwendungen, wie verschiedenartige Filter und Katalysatorträger, kann die Aluminiumstruktur als Harz-Metall-Verbund so wie er ist verwendet werden, wenn allerdings die Aluminiumstruktur als Metallstruktur ohne Harz aufgrund von Einschränkungen, die von der Nutzungsumgebung herrühren, verwendet wird, muss durch Entfernung des Harzes ein poröser Aluminiumkörper gebildet werden.The present inventors have made serious researches on a method of electroplating the surface of a urethane resin molded body having a three-dimensional network structure with aluminum, and found that the electroplating of the surface of a urethane resin molded body is possible by exposing the urethane resin molded body in which at least the surface is made electrically conductive, is plated with aluminum in a molten salt bath. These findings have led to the completion of a process prior to production of an aluminum porous body. According to this production method, an aluminum structure having a urethane resin molded body as the core of its skeleton can be obtained. For some applications, such as various filters and catalyst supports, the aluminum structure may be used as a resin-metal composite as it is, however, if the aluminum structure is used as a metal structure without a resin due to limitations resulting from the environment of use, removal must be used of the resin, a porous aluminum body are formed.
Die Entfernung des Harzes kann durch jegliches Verfahren einschließlich Zersetzung (Auflösung) mit einem organischen Lösungsmittel, einem Schmelzsalz oder überkritischem Wasser, Zersetzung durch Erwärmen oder dergleichen, durchgeführt werden.The removal of the resin may be carried out by any method including decomposition (dissolution) with an organic solvent, a molten salt or supercritical water, decomposition by heating or the like.
Hierbei ist ein Verfahren zur Zersetzung durch Erwärmung bei hoher Temperatur oder dergleichen praktisch, bezieht allerdings die Oxidation des Aluminiums ein. Da Aluminium im Unterschied zu Nickel schwer zu reduzieren ist, nachdem es einmal oxidiert wurde, wenn es z. B. in einem Elektrodenmaterial einer Batterie oder dergleichen verwendet wird, verliert die Elektrode aufgrund von Oxidation an Leitfähigkeitsvermögen, und daher kann Aluminium nicht als Elektrodenmaterial verwendet werden. Die hiesigen Erfinder haben daher ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Aluminiumkörpers, in dem eine Aluminiumstruktur, die durch Bildung einer Aluminiumschicht auf der Oberfläche eines porösen Harzformkörpers erhalten wird, auf eine Temperatur, die gleich oder unterhalb des Schmelzpunkts von Aluminium ist, in einem Zustand, in dem sie in einem Schmelzsalz eingetaucht ist, erwärmt wird, während ein negatives Potential an der Aluminiumschicht zur Entfernung des porösen Harzformkörpers mittels thermischer Zersetzung unter Erhalt eines porösen Aluminiumkörpers angelegt wird, als Verfahren zur Entfernung eines Harzes ohne Verursachung von Oxidation des Aluminiums vollendet.Here, a method of decomposition by heating at high temperature or the like is practical, but involves the oxidation of aluminum. Since aluminum, unlike nickel, is difficult to reduce once oxidized, e.g. For example, when used in an electrode material of a battery or the like, the electrode loses conductivity due to oxidation, and therefore aluminum can not be used as an electrode material. The present inventors therefore have a method for producing an aluminum porous body in which an aluminum structure obtained by forming an aluminum layer on the surface of a porous resin molded body at a temperature equal to or below the melting point of aluminum in a state in which it is immersed in a molten salt, while a negative potential is applied to the aluminum layer for removing the porous resin molded body by thermal decomposition to obtain an aluminum porous body, completed as a method of removing a resin without causing oxidation of the aluminum.
Im Übrigen ist es zur Verwendung des so erhaltenen porösen Aluminiumkörpers als Elektrode notwendig, ein Fahnenanschluss an den porösen Aluminiumkörper zur Bildung eines Stromkollektors anzufügen, den porösen Aluminiumkörper, der als Stromkollektor dient, mit einem aktiven Material zu füllen und den resultierenden porösen Aluminiumkörper Behandlungen, wie dem Komprimieren und Zuschneiden durch das in
ZITATENLISTEQUOTE LIST
PATENTLITERATURPatent Literature
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Patentliteratur 1:
japanisches Patent 3413662 Japanese Patent 3413662 -
Patentliteratur 2: ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung 8-170126 Japanese Patent Publication 8-170126 -
Patentliteratur 3:
japanisches Patent 3202072 Japanese Patent 3202072 -
Patentliteratur 4: ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung 56-86459 Japanese Patent Publication 56-86459
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
(TECHNISCHE AUFGABE)(TECHNICAL TASK)
Es ist ein erfindungsgemäßes Ziel, einen porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk bereitzustellen, der als Stromkollektor einer Elektrode für eine Batterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt, einen Kondensator (nachfolgend einfach als „Kondensator” bezeichnet) mit einer nicht-wässrigen elektrolytischen Lösung, einem Lithium-Ionen-Kondensator (nachfolgend einfach als „Lithium-Ionen-Kondensator” bezeichnet) mit einer nicht-wässrigen elektrolytischen Lösung, und dergleichen verwendet wird.It is an object of the present invention to provide a three-dimensional network aluminum porous body using as a current collector an electrode for a non-aqueous electrolyte battery, a capacitor (hereinafter simply referred to as a "capacitor") having a nonaqueous electrolytic solution, a lithium Ion capacitor (hereinafter simply referred to as "lithium-ion capacitor") with a nonaqueous electrolytic solution, and the like is used.
(LÖSUNG DER AUFGABE)(SOLUTION OF THE TASK)
Die Gestaltung der vorliegenden Erfindung ist wie folgt.
- (1) Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk für einen Stromkollektor, umfassend: einen blattförmigen porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk, der einen durchschnittlichen Zellendurchmesser von 50 μm oder mehr und 1000 μm oder weniger aufweist.
- (2) Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk für einen Stromkollektor gemäß (1), worin der durchschnittliche Zellendurchmesser 400 μm oder mehr und 850 μm oder weniger beträgt.
- (3) Elektrode, umfassend den porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk für einen Stromkollektor gemäß (1), worin der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk für einen Stromkollektor mit einem aktiven Material gefüllt ist.
- (4) Batterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt, umfassend die Elektrode gemäß (3).
- (5) Kondensator einschließlich einer nicht-wässrigen elektrolytischen Lösung, umfassend die Elektrode gemäß (3).
- (6) Lithium-Ionen-Kondensator einschließlich einer nicht-wässrigen elektrolytischen Lösung, umfassend die Elektrode gemäß (3).
- (1) A three-dimensional network aluminum porous body for a current collector, comprising: a three-dimensional network sheet-shaped aluminum porous body having an average cell diameter of 50 μm or more and 1000 μm or less.
- (2) A three-dimensional network aluminum porous body for a current collector according to (1), wherein the average cell diameter is 400 μm or more and 850 μm or less.
- (3) An electrode comprising the three-dimensional network aluminum porous body for a current collector according to (1), wherein the three-dimensional network aluminum porous body for a current collector is filled with an active material.
- (4) The nonaqueous electrolyte battery comprising the electrode according to (3).
- (5) A capacitor including a nonaqueous electrolytic solution comprising the electrode according to (3).
- (6) A lithium ion capacitor including a nonaqueous electrolytic solution comprising the electrode according to (3).
(VORTEILHAFTE ERFINDUNGSGEMÄSSE WIRKUNGEN)(BENEFICIAL EFFECTS OF THE INVENTION)
Die unter Verwendung des erfindungsgemäßen porösen Aluminiumkörpers für einen Stromkollektor hergestellte Elektrode kann eine höhere Kapazität realisieren, da die Füllrate des aktiven Materials erhöht werden kann, und Verarbeitungskosten bei der Verarbeitung des porösen Aluminiumkörpers zu einer Elektrode können reduziert werden, da die Zahl der Schichten eines Laminats verringert werden kann.The electrode prepared by using the porous aluminum body for a current collector of the present invention can realize a higher capacity because the filling rate of the active material can be increased, and processing costs in processing the aluminum porous body to an electrode can be reduced because the number of layers of a laminate can be reduced.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
(BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN)(DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS)
Zunächst wird ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk beschrieben. Das Herstellungsverfahren wird nachfolgend nötigenfalls unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei ein Beispiel, in dem ein Aluminium-Plattierungsverfahren als Verfahren zur Bildung eines Aluminiumfilms auf der Oberfläche eines Urethan-Harzformkörpers angewendet wird, als repräsentatives Beispiel genommen wird. In allen nachfolgenden Bezugsfiguren sind alle Teile, die derselben Ziffer zugeordnet sind, dieselben oder entsprechende Teile. Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, sondern durch die Ansprüche definiert, und alle Modifikationen, die innerhalb des Umfangs der Ansprüche fallen, und Äquivalente davon sollen von den Ansprüchen umfasst sein.First, a method for producing the three-dimensional network aluminum porous body of the present invention will be described. The manufacturing method will be described below, if necessary, with reference to the drawings, taking an example in which an aluminum plating method is used as a method of forming an aluminum film on the surface of a urethane resin molded article as a representative example. In all subsequent reference figures, all parts associated with the same numeral are the same or corresponding parts. The present invention is not limited thereto, but defined by the claims, and all modifications which fall within the scope of the claims and equivalents thereof are intended to be encompassed by the claims.
(Schritt zur Herstellung einer Aluminiumstruktur)(Step for producing an aluminum structure)
Anschließend wird eine Aluminiumplattierung
Der Harzformkörper
Nachfolgend wird jeder dieser Schritte der Reihe nach beschrieben.Each of these steps will be described below in turn.
(Herstellung des porösen Harzformkörpers)(Production of Porous Resin Molded Body)
Ein poröser Harzformkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur und kontinuierlichen Poren wird hergestellt. Ein Material des porösen Harzformkörpers kann jedes beliebige Harz sein. Als Material können ein Harzschaumkörper aus Polyurethan, Melamin, Polypropylen oder Polyethylen beispielhaft genannt werden. Obgleich der Harzschaum-Formkörper beispielhaft genannt wurde, kann ein Harzformkörper mit jeglicher Form ausgewählt werden, solange der Harzformkörper kontinuierliche Poren (kontinuierliche Poren) aufweist. Zum Beispiel kann ein Harzformkörper mit einer Form wie ein Vliesstoff, der durch Verwickeln von faserartigem Harz gebildet ist, anstelle des Harzschaum-Formkörpers verwendet werden. Der Harzschaum-Formkörper weist vorzugsweise eine Porosität von 80% bis 98% und einem Porendurchmesser von 50 μm bis 500 μm auf. Urethanschäume und Melaminschäume weisen eine hohe Porosität, Kontinuität von Poren und ausgezeichnete thermische Zersetzungseigenschaften auf, und daher können sie vorzugsweise als Harzschaum-Formkörper verwendet werden.A porous resin molding having a three-dimensional network structure and continuous pores is prepared. A material of the porous resin molded body may be any resin. As a material can a resin foam body of polyurethane, melamine, polypropylene or polyethylene are exemplified. Although the resin foam molded body has been exemplified, a resin molded body having any shape can be selected as long as the resin molded body has continuous pores. For example, a resin molded article having a shape such as a nonwoven fabric formed by entangling fibrous resin may be used instead of the resin foam molded article. The resin foam molded body preferably has a porosity of 80% to 98% and a pore diameter of 50 μm to 500 μm. Urethane foams and melamine foams have high porosity, continuity of pores, and excellent thermal decomposition properties, and therefore, they can be preferably used as a resin foam molded body.
Urethanschäume werden im Hinblick auf die Gleichmäßigkeit der Poren, einfachen Verfügbarkeit und dergleichen bevorzugt, und auch deshalb bevorzugt, weil Urethanschäume mit einem kleinen Porendurchmesser verfügbar sein können.Urethane foams are preferred in view of pore uniformity, easy availability, and the like, and also preferred because urethane foams having a small pore diameter can be available.
Poröse Harzformkörper enthalten oft Restmaterialien, wie z. B. einen Schaumbildner und ein in der Herstellung des Schaums nicht-reagiertes Monomer und werden daher vorzugsweise einer Waschbehandlung zum Zwecke der nachfolgenden Schritte unterzogen. Als ein Beispiel für den porösen Harzformkörper wird ein Urethanschaum, der einer Waschbehandlung als Vorbehandlung unterzogen wurde, in
Ferner wird der Porendurchmesser bestimmt, indem die Oberfläche des Harzformkörpers in einer Mikroaufnahme oder dergleichen vergrößert wird, die Zahl der Poren pro inch (25,4 mm) als Zahl der Zellen gezählt wird und ein durchschnittlicher Porendurchmesser durch die folgende Gleichung:
(Leitfähigkeitsbehandlung der Oberfläche des Harzformkörpers)(Conductivity treatment of the surface of the resin molded article)
Zur Durchführung einer Elektroplattierung wird die Oberfläche des Harzschaums zuvor einer Leitfähigkeitsbehandlung unterzogen. Ein Verfahren für die Leitfähigkeitsbehandlung ist nicht besonders beschränkt, solange es ein Verfahren ist, durch das eine Schicht mit einer Leitfähigkeit auf der Oberfläche des Harzformkörpers abgeschieden werden kann, und jegliches Verfahren, einschließlich stromloser Plattierung eines leitfähigen Metalls, wie Nickel, Dampfphasenabscheidung und Sputtern von Aluminium oder dergleichen und Auftragung eines leitfähigen Beschichtungsmaterials, das leitfähige Partikel enthält, wie Kohlenstoff, kann ausgewählt werden.For performing electroplating, the surface of the resin foam is previously subjected to a conductivity treatment. A method for the conductivity treatment is not particularly limited as long as it is a method by which a layer having a conductivity can be deposited on the surface of the resin molded body, and any method including electroless plating of a conductive metal such as nickel, vapor deposition and sputtering Aluminum or the like and application of a conductive coating material containing conductive particles such as carbon may be selected.
(Bildung einer Aluminiumschicht: Schmelzsalzplattierung)(Formation of an aluminum layer: fusion salt plating)
Als Nächstes wird eine Aluminium-Plattierungsschicht auf der Oberfläche des Harzformkörpers durch Elektroplattierung in einem Schmelzsalz gebildet. Durch Aluminiumplattierung in einem Schmelzsalzbad kann eine dicke Aluminiumschicht gleichmäßig gebildet werden, insbesondere auf einer Oberfläche mit einer komplizierten Skelettstruktur, wie der Harzformkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur. Ein Gleichstrom wird zwischen einer Kathode aus dem Harzformkörper mit einer Oberfläche, die der Leitfähigkeitsbehandlung unterzogen wurde, und einer Anode aus einer Aluminiumplatte mit einer Reinheit von 99,0% in dem Schmelzsalz angelegt. Als Schmelzsalz kann ein organisches Schmelzsalz, das ein eutektisches Salz aus einem organischen Halogenid und einem Aluminiumhalogenid ist, oder ein anorganisches Schmelzsalz, das ein eutektisches Salz aus einem Alkalimetallhalogenid und einem Aluminiumhalogenid ist, verwendet werden. Die Verwendung eines organischen Schmelzsalzbads, welches bei einer relativ niedrigen Temperatur schmilzt, wird bevorzugt, da es eine Plattierung ohne Zersetzung des Harzformkörpers als Basismaterial ermöglicht. Als organisches Halogenid kann ein Imidazoliumsalz, ein Pyridiniumsalz oder dergleichen verwendet werden, und insbesondere werden 1-Ethyl-3-methylimidazoliumchlorid (EMIC) und Butylpyridiniumchlorid (BPC) bevorzugt. Da die Kontamination des Schmelzsalzes mit Wasser oder Sauerstoff den Abbau des Schmelzsalzes verursacht, wird die Plattierung vorzugsweise in einer Atmosphäre aus einem inerten Gas, wie Stickstoff oder Argon, und in einer versiegelten Umgebung durchgeführt.Next, an aluminum plating layer is formed on the surface of the resin molded body by electroplating in a molten salt. By aluminum plating in a molten salt bath, a thick aluminum layer can be uniformly formed, particularly on a surface having a complicated skeleton structure, such as the resin molded body having a three-dimensional network structure. A direct current is applied between a cathode made of the resin molded body having a surface subjected to the conductivity treatment and an anode made of an aluminum plate having a purity of 99.0% in the molten salt. As the molten salt, an organic molten salt which is a eutectic salt of an organic halide and an aluminum halide, or an inorganic molten salt which is a eutectic salt of an alkali metal halide and an aluminum halide can be used. The use of an organic molten salt bath, which melts at a relatively low temperature, is preferred because it enables plating without decomposing the resin molded body as a base material. As the organic halide, an imidazolium salt, a pyridinium salt or the like can be used, and in particular, 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride (EMIC) and butylpyridinium chloride (BPC) are preferable. Since the contamination of the molten salt with water or oxygen causes the degradation of the molten salt, the plating is preferably carried out in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen or argon and in a sealed environment.
Das Schmelzsalzbad ist vorzugsweise ein Schmelzsalzbad, das Stickstoff enthält, und ein Imidazoliumsalzbad wird besonders bevorzugt verwendet. Für den Fall, dass ein Salz als Schmelzsalz verwendet wird, das bei einer hohen Temperatur schmilzt, ist die Auflösung oder Zersetzung des Harzes in dem Schmelzsalz schneller als das Wachstum der Plattierungsschicht, und daher kann keine Plattierungsschicht auf der Oberfläche des Harzformkörpers gebildet werden. Das Imidazoliumsalzbad kann selbst bei niedrigen Temperaturen verwendet werden, ohne jegliche Beeinflussung auf das Harz auszuüben. Als Imidazoliumsalz wird vorzugsweise ein Salz verwendet, das ein Imidazoliumkation mit Alkylgruppen an der 1,3-Position enthält, und insbesondere werden Aluminiumchlorid + 1-Ethyl-3-methylimidazoliumchlorid (AlCl3 + EMIC)-basierte Schmelzsalze aufgrund ihrer hohen Stabilität und Beständigkeit gegen Zersetzung am meisten bevorzugt verwendet. Das Imidazoliumsalzbad ermöglicht die Plattierung von Urethanharzschäumen und Melaminharzschäumen, und die Temperatur des Schmelzsalzbads reicht von 10°C bis 65°C und vorzugsweise von 25°C bis 60°C. Mit einer Abnahme der Temperatur wird der Stromdichtebereich, in dem eine Plattierung möglich ist, enger, und die Plattierung der gesamten Oberfläche des porösen Harzformkörpers wird schwierig. Der Mangel, dass eine Form des Basisharzes beeinträchtigt wird, tritt eher bei einer hohen Temperatur, die höher als 65°C ist, auf. The molten salt bath is preferably a molten salt bath containing nitrogen, and an imidazolium salt bath is particularly preferably used. In the case where a salt is used as the molten salt melting at a high temperature, the dissolution or decomposition of the resin in the molten salt is faster than the growth of the plating layer, and therefore, no plating layer can be formed on the surface of the resin molded body. The imidazolium salt bath can be used even at low temperatures without exerting any influence on the resin. As the imidazolium salt, a salt containing an imidazolium cation having alkyl groups at the 1,3-position is preferably used, and in particular, aluminum chloride + 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride (AlCl 3 + EMIC) -based melt salts are preferred for their high stability and resistance to Decomposition most preferably used. The imidazolium salt bath enables the plating of urethane resin foams and melamine resin foams, and the temperature of the molten salt bath ranges from 10 ° C to 65 ° C, and preferably from 25 ° C to 60 ° C. With a decrease in the temperature, the current density range in which plating is possible becomes narrower, and the plating of the entire surface of the porous resin molded article becomes difficult. The defect that a form of the base resin is deteriorated tends to occur at a high temperature higher than 65 ° C.
Bezüglich der Schmelzsalz-Aluminiumplattierung auf einer Metalloberfläche wird berichtet, dass ein Additiv, wie Xylol, Benzol, Toluol oder 1,10-Phenanthrolin, zum Zwecke der Verbesserung der Glätte der plattierten Oberfläche zu dem AlCl3-EMIC hinzugefügt wird. Die hiesigen Erfinder haben herausgefunden, dass insbesondere in der Aluminiumplattierung eines porösen Harzformkörpers mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur die Zugabe von 1,10-Phenanthrolin charakteristische Wirkungen auf die Bildung eines porösen Aluminiumkörpers hat. Das heißt, es sorgt für eine erste Eigenschaft, dass die Glätte eines Plattierungsfilms verbessert wird und das den porösen Körper bildende Aluminiumskelett schwerlich zerbricht und eine zweite Eigenschaft, dass eine gleichmäßige Plattierung mit geringem Unterschied in der Plattierungsdicke zwischen der Oberfläche und dem Inneren des porösen Körpers erzielt werden kann.As for the molten salt aluminum plating on a metal surface, it is reported that an additive such as xylene, benzene, toluene or 1,10-phenanthroline is added to the AlCl 3 -EMIC for the purpose of improving the smoothness of the plated surface. The present inventors have found that, particularly in the aluminum plating of a porous resin molded body having a three-dimensional network structure, the addition of 1,10-phenanthroline has characteristic effects on the formation of an aluminum porous body. That is, it provides a first property that the smoothness of a plating film is improved, and the aluminum skeleton forming the porous body hardly breaks, and a second property is that uniform plating with little difference in plating thickness between the surface and the inside of the porous body can be achieved.
Im Falle des Pressens des fertigen porösen Aluminiumkörpers oder dergleichen sorgen die oben erwähnten beiden Eigenschaften des schwer zerbrechlichen Skeletts und der gleichmäßigen Plattierungsdicke im Inneren und Äußeren für einem porösen Körper, der im Ganzen ein schwer zerbrechliches Skelett aufweist und gleichmäßig gepresst wird. Wenn der poröse Aluminiumkörper als Elektrodenmaterial für Batterien oder dergleichen verwendet wird, wird sie so durchgeführt, dass eine Elektrode mit einem aktiven Elektrodenmaterial gefüllt wird und zur Erhöhung ihrer Dichte gepresst wird. Da das Skelett allerdings häufig beim Schritt des Einfüllens des aktiven Materials oder des Pressens zerbricht, sind die beiden Eigenschaften extrem effektvoll in einer solchen Anwendung.In the case of pressing the finished aluminum porous body or the like, the above-mentioned two characteristics of the fragile skeleton and the uniform plating thickness inside and outside provide a porous body which as a whole has a fragile skeleton and is uniformly pressed. When the aluminum porous body is used as the electrode material for batteries or the like, it is performed so that an electrode is filled with an active electrode material and pressed to increase its density. However, since the skeleton often breaks at the step of filling the active material or pressing, the two properties are extremely effective in such an application.
Gemäß der obigen Beschreibung wird die Zugabe eines organischen Lösungsmittels zu dem Schmelzsalzbad bevorzugt, und insbesondere wird vorzugsweise 1,10-Phenanthrolin verwendet. Die Menge des im Plattierbad hinzugefügten organischen Lösungsmittels reicht von 0,2 bis 7 g/l. Wenn die Menge 0,2/l oder weniger ist, ist die resultierende Plattierung hinsichtlich ihrer Glätte schlecht und spröde, und es ist schwierig, eine Wirkung der Verringerung eines Dickenunterschieds zwischen der Oberflächenschicht und dem Inneren zu erzielen. Wenn die Menge 7 g/l oder mehr beträgt, wird die Plattierungseffizienz verringert, und es ist schwierig, eine vorbestimmte Plattierungsdicke zu erzielen.As described above, it is preferable to add an organic solvent to the molten salt bath, and more preferably, 1,10-phenanthroline is preferably used. The amount of the organic solvent added in the plating bath ranges from 0.2 to 7 g / l. When the amount is 0.2 / 1 or less, the resulting plating is poor in smoothness and brittle, and it is difficult to obtain an effect of reducing a difference in thickness between the surface layer and the inside. If the amount is 7 g / L or more, the plating efficiency is lowered, and it is difficult to obtain a predetermined plating thickness.
Andererseits kann auch ein anorganisches Salzbad als Schmelzsalz, sofern das Harz nicht schmilzt oder dergleichen. Das anorganische Salzbad ist ein Salz eines Zweikomponentensystems, üblicherweise AlCl3-XCl (X: Alkalimetall), oder ein Multikomponentensystem. Solch ein anorganisches Salzbad weist gewöhnlich eine Temperatur auf, die höher ist als die in einem organischen Salzbad, wie einem Imidazoliumsalzbad, jedoch weist es weniger Umgebungseinschränkungen, wie den Wassergehalt oder Sauerstoff, und kann im Ganzen bei geringen Kosten zur praktischen Anwendung gebracht werden. Wenn das Harz ein Melaminschaumharz ist, wird ein Salzbad bei 60°C bis 150°C eingesetzt, da das Harz bei einer höheren Temperatur als ein Urethanschaumharz verwendet werden kann.On the other hand, an inorganic salt bath may also be used as the melting salt unless the resin melts or the like. The inorganic salt bath is a salt of a two-component system, usually AlCl 3 -XCl (X: alkali metal), or a multicomponent system. Such an inorganic salt bath usually has a temperature higher than that in an organic salt bath such as an imidazolium salt bath, but has less environmental restrictions such as water content or oxygen, and can be put into practical use at a low cost as a whole. When the resin is a melamine foam resin, a salt bath is used at 60 ° C to 150 ° C since the resin can be used at a higher temperature than a urethane foam resin.
Eine Aluminiumstruktur mit einem Harzformkörper als Kern seines Skeletts wird durch die oben beschriebenen Schritte erhalten. Für einige Anwendungen, wie verschiedenartige Filter und Katalysatorträger, kann die Aluminiumstruktur als Harz-Metall-Verbund wie er ist verwendet werden, wenn jedoch die Aluminiumstruktur als poröser Metallkörper ohne Harz aufgrund von Einschränkungen resultierend aus der Nutzungsumgebung verwendet wird, wird das Harz entfernt. Um die Verursachung von Oxidation des Aluminiums zu vermeiden, wird in der vorliegenden Erfindung das Harz durch Zersetzung in einem oben beschriebenen Schmelzsalz entfernt.An aluminum structure having a resin molded body as the core of its skeleton is obtained by the above-described steps. For some applications, such as various filters and catalyst supports, the aluminum structure can be used as a resin-metal composite as it is, however, if the aluminum structure is used as a porous metal body without resin due to limitations resulting from the environment of use, the resin is removed. In order to avoid causing oxidation of the aluminum, in the present invention, the resin is removed by decomposition in a molten salt as described above.
(Entfernung des Harzes: Behandlung durch Schmelzsalz)(Removal of the resin: treatment by molten salt)
Die Zersetzung in einem Schmelzsalz wird in der folgenden Art und Weise durchgeführt. Ein poröser Harzformkörper mit einer auf seiner Oberfläche gebildeten Aluminium-Plattierungsschicht wird in ein Schmelzsalz getaucht und erwärmt, während ein negatives Potential (Potential, das geringer als ein Standard-Elektrodenpotential von Aluminium ist), an der Aluminiumschicht anliegt, um den porösen Harzschaumformkörper zu entfernen. Wenn das negative Potential an der in dem Schmelzsalz eingetauchten Aluminiumschicht mit dem porösen Harzformkörper anliegt, kann der poröse Harzformkörper ohne Oxidation des Aluminiums zersetzt werden. Eine Erwärmungstemperatur kann in geeigneter Weise anhand des Typs des porösen Harzformkörpers ausgewählt werden. Wenn der poröse Harzformkörper Urethan ist, muss eine Temperatur des Schmelzsalzbades 380°C oder höher sein, da die Zersetzung von Urethan bei etwa 380°C auftritt, jedoch muss die Behandlung bei einer Temperatur durchgeführt werden, die gleich oder niedriger als der Schmelzpunkt (660°C) von Aluminium ist, um das Schmelzen von Aluminium zu vermeiden. Ein bevorzugter Temperaturbereich beträgt 500°C oder höher und 600°C oder niedriger. Ein anzulegendes negatives Potential liegt auf der Minusseite des Reduktionspotentials von Aluminium und auf der Plusseite des Reduktionspotentials des Kations in dem Schmelzsalz. Auf diese Weise weist ein poröser Aluminiumkörper kontinuierliche Poren und eine dünne Oxidschicht auf der Oberfläche auf, und ein geringer Sauerstoffgehalt kann erhalten werden.The decomposition in a molten salt is carried out in the following manner. A porous resin molded body having an aluminum plating layer formed on its surface is dipped in a molten salt and heated, while a negative potential (potential lower than a standard electrode potential of aluminum) is applied to the aluminum layer to remove the porous resin foam molded body , When the negative potential is applied to the aluminum layer immersed in the molten salt with the porous resin molded body, the porous resin molded body can be decomposed without oxidation of the aluminum. A heating temperature may be suitably selected based on the type of the porous resin molded body. When the porous resin molded body is urethane, a temperature of the molten salt bath must be 380 ° C or higher, since the decomposition of urethane occurs at about 380 ° C, but the treatment must be carried out at a temperature equal to or lower than the melting point (660 ° C) of aluminum to prevent the melting of aluminum. A preferable temperature range is 500 ° C or higher and 600 ° C or lower. An applied negative potential is on the minus side of the reduction potential of aluminum and on the plus side of the reduction potential of the cation in the molten salt. In this way, a porous aluminum body has continuous pores and a thin oxide layer on the surface, and a low oxygen content can be obtained.
Das in der Zersetzung des Harzes verwendete Schmelzsalz kann ein Halogenidsalz eines Alkalimetalls oder Erdalkalimetalls sein, so dass das Aluminiumelektrodenpotential niedriger ist. Insbesondere enthält das Schmelzsalz vorzugsweise ein oder mehrere Salze, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Lithiumchlorid (LiCl), Kaliumchlorid (KCl) und Natriumchlorid (NaCl) besteht. Auf diese Weise kann ein poröser Aluminiumkörper erhalten werden, der kontinuierliche Poren und eine dünne Oxidschicht auf der Oberfläche und einen geringen Sauerstoffgehalt aufweist.The molten salt used in the decomposition of the resin may be a halide salt of an alkali metal or alkaline earth metal, so that the aluminum electrode potential is lower. In particular, the molten salt preferably contains one or more salts selected from the group consisting of lithium chloride (LiCl), potassium chloride (KCl) and sodium chloride (NaCl). In this way, an aluminum porous body having continuous pores and a thin oxide layer on the surface and a low oxygen content can be obtained.
Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode aus dem so erhaltenen porösen Aluminiumkörper beschrieben.Next, a method for producing an electrode from the thus-obtained aluminum porous body will be described.
(Dickeneinstellungsschritt)(Thickness adjustment step)
Ein poröser Aluminiumblattkörper wird von einer Rohblattwalze, um die das Blatt aus einem porösen Aluminiumkörper gewickelt wurde, abgerollt, und wird durch Walzenpressen in dem Dickeneinstellungsschritt so eingestellt, dass er eine optimale Dicke und eine flache Oberfläche aufweist. Die Enddicke des porösen Aluminiumkörpers wird in angemessener Weise gemäß der Anwendung einer Elektrode bestimmt, und dieser Dickeneinstellungsschritt ist ein Vorkomprimierungsschritt eines Komprimierungsschritts zur Erzielung der Enddicke und verdichtet den porösen Aluminiumkörper auf ein Dickenniveau, auf dem eine Behandlung in dem folgenden Schritt auf einfache Weise durchgeführt wird. Eine Flachpresse oder eine Walzenpresse wird als Pressvorrichtung verwendet. Die Flachpresse ist wegen der Unterdrückung der Dehnung eines Stromkollektors bevorzugt jedoch für die Massenprodukt nicht geeignet, und daher wird vorzugsweise eine Walzenpresse verwendet, die zur kontinuierlichen Behandlung geeignet ist.A porous aluminum sheet body is unrolled from a green sheet roll around which the sheet is wound from an aluminum porous body, and is set to have an optimum thickness and a flat surface by roll pressing in the thickness adjusting step. The final thickness of the aluminum porous body is appropriately determined according to the use of an electrode, and this thickness setting step is a pre-compression step of a compression step to obtain the final thickness, and densifies the aluminum porous body to a thickness level on which a treatment in the following step is easily performed. A flat press or a roll press is used as a press device. However, the flat press is not preferable for the mass product because of suppressing the elongation of a current collector, and therefore it is preferable to use a roll press suitable for continuous processing.
(Anschlussschweißschritt)(Welding Step)
Der Anschlussschweißschritt schließt die Schritte das Komprimierens eines Endteils des porösen Aluminiumkörpers und der Bindung des Fahnenanschlusses an den komprimierten Teil mittels Schweißen ein.The terminal welding step includes the steps of welding an end part of the aluminum porous body and bonding the tab terminal to the compressed part by welding.
Nachfolgend werden die oben erwähnten Schritte beschrieben.Hereinafter, the above-mentioned steps will be described.
– Komprimierung des Endteils des porösen Aluminiumkörpers –Compression of the End Part of the Aluminum Porous Body
Wenn der poröse Aluminiumkörper, der als Elektrodenstromkollektor einer Sekundärbatterie oder dergleichen verwendet wird, muss ein Fahnenanschluss für die externe Entnahme an den porösen Aluminiumkörper geschweißt werden. Da ein robuster Metallteil in dem porösen Aluminiumkörper nicht vorhanden ist, ist es im Falle einer Elektrode, die den porösen Aluminiumkörper einschließt, unmöglich, ein Leitungsstück direkt an den porösen Aluminiumkörper zu schweißen. Daher wird ein Endteil des porösen Aluminiumkörpers durch Komprimieren in Form einer Folie verarbeitet, um ihm mechanische Festigkeit zu verleihen, und ein Fahnenanschluss wird an diesen Teil geschweißt.When the aluminum porous body used as an electrode current collector of a secondary battery or the like, a flag terminal for external removal must be welded to the aluminum porous body. Since a tough metal part is not present in the aluminum porous body, in the case of an electrode including the aluminum porous body, it is impossible to weld a lead directly to the aluminum porous body. Therefore, an end portion of the aluminum porous body is processed by compression in the form of a film to impart mechanical strength thereto, and a tab terminal is welded to this part.
Ein Beispiel für ein Verfahren zur Verarbeitung des Endteils des porösen Aluminiumkörpers wird beschrieben.An example of a method for processing the end part of the aluminum porous body will be described.
Eine Rotationswalze kann als Kompressionsvorrichtung verwendet werden.A rotating roller may be used as the compression device.
Wenn der komprimierte Teil eine Dicke von etwa 0,05 mm oder mehr und etwa 0,02 mm oder weniger (z. B. etwa 0,1 mm) aufweist, kann eine vorbestimmte mechanische Festigkeit erzielt werden.When the compressed part has a thickness of about 0.05 mm or more and about 0.02 mm or less (e.g., about 0.1 mm), a predetermined mechanical strength can be obtained.
In
Ferner kann eine Vielzahl von Stromkollektoren durch Bildung einer Vielzahl von streifenförmigen komprimierten Teilen am Mittelteil des porösen Aluminiumkörpers unter Verwendung einer Vielzahl von rotierenden Walzen und Schneiden entlang der entsprechenden Mittellinien dieser streifenförmigen komprimierten Teile erhalten werden.Further, a plurality of current collectors can be obtained by forming a plurality of strip-shaped compressed parts at the central part of the aluminum porous body using a plurality of rotating rollers and cutting along the respective center lines of these strip-shaped compressed parts.
– Bindung des Fahnenanschlusses an den komprimierten Endteil –Binding of the flag connection to the compressed end part
Ein Fahnenanschluss wird an den komprimierten Teil des so erhaltenen komprimierten Endteil des Stromkollektors gebunden. Es wird bevorzugt, dass eine Metallfolie als Fahnenanschluss verwendet wird, um den elektrischen Widerstand einer Elektrode zu reduzieren, und die Metallfolie wird an die Oberfläche von mindestens einer Seite der Peripherien der Elektrode gebunden. Um den elektrischen Widerstand zu reduzieren, wird das Schweißen ferner vorzugsweise als Bindungsverfahren eingesetzt.A tab terminal is bonded to the compressed part of the thus-obtained compressed end part of the current collector. It is preferable that a metal foil is used as a tab terminal to reduce the electrical resistance of an electrode, and the metal foil is bonded to the surface of at least one side of the peripheries of the electrode. Further, in order to reduce the electrical resistance, welding is preferably used as the bonding method.
Eine schematische Ansicht des erhaltenen Stromkollektors wird in
Der komprimierte Teil zum Schweißen einer Metallfolie weist vorzugsweise eine Breite L von 10 mm oder weniger auf, da eine zu breite Metallfolie zu einer Zunahme der Raumverschwendung in einer Batterie führt und eine Kapazitätsdichte der Batterie abnimmt. Wenn die Elektrode zu schmal ist, wird das Schweißen schwierig und die Wirkung der Stromaufnahme wird verschlechtert, so dass die Breite vorzugsweise 2 mm oder mehr beträgt.The compressed part for welding a metal foil preferably has a width L of 10 mm or less, because too wide a metal foil leads to an increase in space wastage in a battery and a capacity density of the battery decreases. If the electrode is too narrow, welding will occur difficult and the effect of the current consumption is deteriorated, so that the width is preferably 2 mm or more.
Als Verfahren zum Schweißen kann ein Widerstandsschweiß- oder Ultraschallschweißverfahren verwendet werden, jedoch wird das Ultraschallschweißen aufgrund seiner größeren Bindungsfläche bevorzugt.As a method of welding, a resistance welding or ultrasonic welding method may be used, but ultrasonic welding is preferred because of its larger bonding area.
– Metallfolie –- metal foil -
Ein Material für die Metallfolie ist vorzugsweise Aluminium unter Berücksichtigung des elektrischen Widerstands und der Toleranz für eine elektrolytische Lösung. Da Verunreinigungen in der Metallfolie zu Eluierung oder Reaktion der Verunreinigungen in einer Batterie, einem Kondensator oder einem Lithium-Ionen-Kondensator führen, wird ferner eine Aluminiumfolie mit einer Reinheit von 99,99 Masse-% oder mehr bevorzugt verwendet. Die Dicke des geschweißten Teils ist vorzugsweise kleiner als die der Elektrode selbst.A material for the metal foil is preferably aluminum considering the electrical resistance and the tolerance for an electrolytic solution. Further, since impurities in the metal foil result in elution or reaction of impurities in a battery, a capacitor or a lithium ion capacitor, an aluminum foil having a purity of 99.99 mass% or more is preferably used. The thickness of the welded part is preferably smaller than that of the electrode itself.
Die Aluminiumfolie wird vorzugsweise so hergestellt, dass sie eine Dicke von 20 bis 500 μm aufweist.The aluminum foil is preferably made to have a thickness of 20 to 500 μm.
Obgleich in der obigen Beschreibung der Komprimierungsschritt des Endteils und der Bindungsschritt des Fahnenanschlusses als getrennte Schritte beschrieben wurden, können der Komprimierungsschritt und der Bindungsschritt auch gleichzeitig durchgeführt werden. In diesem Fall wird eine Walze verwendet, in der ein als Kompressionswalze in Kontakt mit einem Endteil zum Binden eines Fahnenanschlusses des porösen Aluminiumblattkörpers zu bringender Walzenteil das Widerstandsschweißen durchführen kann, und der poröse Aluminiumblattkörper und die Metallfolie können der Walze gleichzeitig zugeführt werden, um eine Komprimierung des Endteils und ein Anschweißen der Metallfolie an den komprimierten Teil gleichzeitig durchzuführen.Although in the above description the compression step of the end part and the bonding step of the flag connection have been described as separate steps, the compressing step and the bonding step may also be performed simultaneously. In this case, a roller is used in which a roller member to be brought into contact with an end portion for bonding a tab terminal of the aluminum porous aluminum body can perform resistance welding, and the aluminum porous body and the metal foil can be fed to the roller simultaneously to be compressed of the end part and welding the metal foil to the compressed part at the same time.
(Schritt des Einfüllens des aktiven Materials)(Step of filling the active material)
Eine Elektrode wird durch Befüllen des Stromkollektors, der wie oben beschrieben hergestellt wurde, mit einem aktiven Material erhalten. Der Typ des aktiven Materials wird in geeigneter Weise anhand des Einsatzzwecks der Elektrode ausgewählt.An electrode is obtained by filling the current collector made as described above with an active material. The type of the active material is suitably selected based on the purpose of use of the electrode.
Beispiele für ein Verfahren zum Einfüllen des aktiven Materials schließen ein Verfahren zum Befüllen durch Eintauchen und ein Beschichtungsverfahren ein Beispiele für das Beschichtungsverfahren schließen ein Walzenbeschichtungsverfahren, ein Applikatorbeschichtungsverfahren, ein elektrostatisches Beschichtungsverfahren, ein Pulverbeschichtungsverfahren, ein Sprühbeschichtungsverfahren, ein Beschichtungsverfahren mit einem Sprühbeschichter, ein Beschichtungsverfahren mit einem Streichbalken, ein Beschichtungsverfahren einer Walzenstreichmaschine, ein Beschichtungsverfahren mit einem Tauchbeschichter, ein Rakelbeschichtungsverfahren, ein Drahtrakelbeschichtungsverfahren, ein Beschichtungsverfahren mit einer Messerstreichmaschine, ein Klingenstrichverfahren und ein Siebdruckverfahren ein.Examples of a method for filling the active material include a method of filling by dipping and a coating method. Examples of the coating method include a roll coating method, an applicator coating method, an electrostatic coating method, a powder coating method, a spray coating method, a coating method with a spray coater, a coating method a bar, a coating method of a roll coater, a coating method with a dip coater, a doctor coating method, a wire bar coating method, a coating method with a knife coater, a blade coating method, and a screen printing method.
Wenn das aktive Material befüllt wird, wird nötigenfalls ein Leitfähigkeitshilfsmittel oder ein Bindemittel hinzugefügt, und ein organisches Lösungsmittel kann damit gemischt werden, um eine Aufschlämmung herzustellen, und die hergestellte Aufschlämmung wird unter Anwendung des oben erwähnten Befüllungsverfahrens in den porösen Aluminiumkörper eingefüllt.When the active material is filled, a conductivity assistant or a binder is added if necessary, and an organic solvent can be mixed therewith to prepare a slurry, and the prepared slurry is filled into the aluminum porous body using the above-mentioned filling method.
Der durchschnittliche Zellendurchmesser des porösen Aluminiumkörpers muss einen geeigneten Wert aufweisen, um das aktive Material auf effektive Weise in die Zelle des porösen Aluminiumkörpers zu füllen. Der erfindungsgemäße poröse Aluminiumkörper weist einen Zellendurchmesser von 50 μm oder mehr und 100 μm oder weniger auf.The average cell diameter of the aluminum porous body must have an appropriate value to effectively fill the active material in the cell of the aluminum porous body. The aluminum porous body of the present invention has a cell diameter of 50 μm or more and 100 μm or less.
Im Allgemeinen weist das aktive Material einen Partikeldurchmesser von 1 bis 50 μm auf. Wenn der poröse Aluminiumkörper einen durchschnittlichen Zellendurchmesser von weniger als 50 μm aufweist, wird der poröse Aluminiumkörper schwerlich mit der Aufschlämmung gefüllt. Wenn der durchschnittliche Zellendurchmesser ferner mehr als 500 μm beträgt, blättert das aktive Material leicht von dem porösen Aluminiumkörper ab, nachdem es eingefüllt wurde, so dass die Halteleistung des aktiven Materials und somit die Stromkollektoreigenschaften verschlechtert werden. Wenn darüber hinaus der durchschnittliche Zellendurchmesser mehr als 1000 μm beträgt, nimmt der Abstand zwischen dem Aluminiumskelett und dem in einer Pore gefüllten aktiven Material zu, und dies verursacht ebenfalls eine Verschlechterung der Stromkollektoreigenschaften.In general, the active material has a particle diameter of 1 to 50 μm. When the aluminum porous body has an average cell diameter of less than 50 μm, the aluminum porous body is hardly filled with the slurry. Further, when the average cell diameter is more than 500 μm, the active material is easily exfoliated from the aluminum porous body after it has been filled, so that the holding performance of the active material and thus the Current collector properties are degraded. Moreover, when the average cell diameter is more than 1000 μm, the distance between the aluminum skeleton and the active material filled in a pore increases, and this also causes a deterioration of the current collector properties.
Im Hinblick auf die Füllleistung der aktiven Materialaufschlämmung und des Abstands zwischen dem aktiven Material und dem Aluminiumskelett beträgt der Zellendurchmesser vorzugsweise 400 μm oder mehr und 850 μm oder weniger.From the viewpoint of the active material slurry filling performance and the distance between the active material and the aluminum skeleton, the cell diameter is preferably 400 μm or more and 850 μm or less.
Der Zellendurchmesser in der vorliegenden Erfindung bezeichnet einen Wert, der durch Einzeichnen einer willkürlichen 1-inch-langen geraden Linie in einer x-Richtung oder y-Richtung in einer Mikroaufnahme der Oberfläche eines porösen Aluminiumkörpers, Zählen der Zahl an Zellen, die sich mit der Linie überschneiden, und Berechnung der Gleichung Zellenporendurchmesser in x-Richtung oder y-Richtung = 25,4 mm/(Zellenzahl in x-Richtung oder y-Richtung) definiert.The cell diameter in the present invention means a value obtained by plotting an arbitrary one-inch long straight line in an x-direction or a y-direction in a micrograph of the surface of an aluminum porous body, counting the number of cells coinciding with the Line overlap, and calculation of the equation cell pore diameter in x-direction or y-direction = 25.4 mm / (cell number in x-direction or y-direction) defined.
Beispiele für ein Verfahren zur Einstellung des Zellendurchmessers eines porösen Aluminiumkörpers schließen ein Verfahren zur Einstellung des Zellendurchmessers eines den Aluminiumfilm bildenden Harzformkörpers und ein Verfahren zur Einstellung des Aluminiumgewichts pro Einheitsfläche ein, und beide Verfahren können in geeigneter Weise in Kombination verwendet werden. Wenn das Aluminiumflächengewicht zunimmt, nimmt der Zellendurchmesser ab, und wenn das Aluminiumflächengewicht abnimmt, nimmt der Zellendurchmesser zu.
Da das Aluminiumflächengewicht auch die mechanische Festigkeit des porösen Aluminiumkörpers beeinflusst, werden der Zellendurchmesser eines Harzformkörpers bzw. das Aluminiumflächengewicht so eingestellt, dass die gewünschte mechanische Festigkeit erzielt wird.Since the aluminum surface weight also affects the mechanical strength of the aluminum porous body, the cell diameter of a resin molded body and the aluminum surface weight are adjusted so that the desired mechanical strength is achieved.
(Trocknungsschritt)(Drying step)
Der mit dem aktiven Material befüllte poröse Körper wird zu einem Trockner geführt und zum Verdampfen/Entfernen des organischen Lösungsmittels erhitzt und dadurch wird ein Elektrodenmaterial mit einem in dem porösen Körper fixierten aktiven Material erhalten.The porous body filled with the active material is led to a dryer and heated to evaporate / remove the organic solvent, and thereby an electrode material having an active material fixed in the porous body is obtained.
(Komprimierungsschritt)(Compressing step)
In der Kompressionsschicht wird das getrocknete Elektrodenmaterial auf eine Enddicke komprimiert. Eine Flachpresse oder eine Walzenpresse wird als Pressvorrichtung verwendet. Zur Unterdrückung der Dehnung eines Stromkollektors ist die Flachpresse bevorzugt jedoch nicht für die Massenproduktion geeignet, und daher wird vorzugsweise eine Walzenpresse verwendet, die zur kontinuierlichen Behandlung geeignet ist.In the compression layer, the dried electrode material is compressed to a final thickness. A flat press or a roll press is used as a press device. However, in order to suppress the elongation of a current collector, the flat press is preferably not suitable for mass production, and therefore it is preferable to use a roll press suitable for continuous processing.
(Schneideschritt)(Cutting Step)
Um die Fähigkeit zur Massenproduktion des Elektrodenmaterials zu verbessern, ist es bevorzugt, dass die Breite des Blatts aus dem porösen Aluminiumkörper auf die Breite einer Vielzahl von Endprodukten eingestellt wird, und das Blatt entlang seiner Vorschubrichtung mit einer Vielzahl von Klingen geschnitten wird, um eine Vielzahl von langen Blättern aus Elektrodenmaterialien zu bilden. Dieser Schneideschritt ist ein Schritt des Teilens eines Elektrodenmaterials mit langer Länge in eine Vielzahl von Elektrodenmaterialien mit langer Länge.In order to improve the ability of mass-producing the electrode material, it is preferable that the width of the sheet of the aluminum porous body is set to the width of a plurality of end products, and the sheet is cut along its feed direction with a plurality of blades to form a plurality from long sheets of electrode materials. This cutting step is a step of dividing a long-length electrode material into a plurality of long-length electrode materials.
(Aufwicklungsschritt)(Aufwicklungsschritt)
Dieser Schritt ist ein Schritt zum Aufwickeln der Vielzahl von langen Blättern aus Elektrodenmaterialien, die in dem oben beschriebenen Schneideschritt erhalten werden, um eine Aufwickelwalze herum.This step is a step of winding the plurality of long sheets of electrode materials obtained in the above-described cutting step around a take-up roll.
Als Nächstes werden die Anwendungen des in dem oben erwähnten Schritt erhaltenen Elektrodenmaterials beschrieben.Next, the applications of the electrode material obtained in the above-mentioned step will be described.
Beispiele für Hauptanwendungen des Elektrodenmaterials, in denen der poröse Aluminiumkörper als Stromkollektor verwendet wird, schließen Elektroden für Batterien mit nicht-wässrigem Elektrolyt, wie z. B. eine Lithiumbatterie und eine Schmelzsalzbatterie, Elektroden für einen Kondensator und einen Lithium-Ionen-Kondensator, ein. Examples of main applications of the electrode material in which the aluminum porous body is used as a current collector include electrodes for non-aqueous electrolyte batteries, such as non-aqueous electrolyte batteries. As a lithium battery and a molten salt battery, electrodes for a capacitor and a lithium-ion capacitor, a.
Nachfolgend werden diese Anwendungen beschrieben.The following describes these applications.
(Lithiumbatterie)(Lithium Battery)
Als Nächstes wird ein Elektrodenmaterial für Batterien, die einen porösen Aluminiumkörper einschließen, und eine Batterie beschrieben. Wenn z. B. ein poröser Aluminiumkörper in einer positiven Elektrode einer Lithiumbatterie (einschließlich einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie) verwendet wird, wird Lithiumkobaltoxid (LiCoO2), Lithiummanganoxid (LiMn2O4), Lithiumnickeldioxid (LiNiO2) oder dergleichen als aktives Material verwendet. Das aktive Material wird in Kombination mit einem Leitfähigkeitshilfsmittel oder einem Bindemittel verwendet.Next, an electrode material for batteries including an aluminum porous body and a battery will be described. If z. For example, when a porous aluminum body is used in a positive electrode of a lithium battery (including a lithium ion secondary battery), lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ), lithium nickel dioxide (LiNiO 2 ) or the like is used as the active material. The active material is used in combination with a conductivity aid or a binder.
In einem herkömmlichen positiven Elektrodenmaterial für Lithiumbatterien wird eine Elektrode verwendet, die durch Auftragen eines aktiven Materials auf der Oberfläche einer Aluminiumfolie gebildet wird. Obgleich eine Lithiumbatterie eine höhere Kapazität als eine Nickelhydridbatterie oder ein Kondensator aufweist, ist in Automobilanwendungen eine weitere Erhöhung der Kapazität erforderlich. Um eine Batteriekapazität pro Einheitsfläche zu erhöhen, wird daher die Auftragungsdicke des Elektrodenmaterials erhöht. Um das aktive Material ferner effektiv einzusetzen, muss das aktive Material in elektrischem Kontakt mit der Aluminiumfolie, einem Stromkollektor, stehen, und daher wird das aktive Material mit einem zu verwenden Leitfähigkeitshilfsmittel gemischt.In a conventional lithium electrode positive electrode material, an electrode formed by applying an active material to the surface of an aluminum foil is used. Although a lithium battery has a higher capacity than a nickel hydride battery or a capacitor, a further increase in capacity is required in automotive applications. Therefore, in order to increase a battery capacity per unit area, the application thickness of the electrode material is increased. In order to further effectively use the active material, the active material must be in electrical contact with the aluminum foil, a current collector, and therefore, the active material is mixed with a conductivity aid to be used.
Im Gegensatz dazu weist der erfindungsgemäße poröse Aluminiumkörper eine hohe Porosität und eine große Oberfläche pro Einheitsfläche auf. Eine Kontaktfläche zwischen dem Stromkollektor und dem aktiven Material wird auf diese Weise erhöht und daher kann das aktive Material effektiv genutzt werden, die Batteriekapazität verbessert werden und die Menge an beizumengendem Leitfähigkeitshilfsmittel verringert werden. In einer Lithiumbatterie werden die oben beschriebenen Elektrodenmaterialien für eine positive Elektrode verwendet, und für eine negative Elektrode, wird eine Folie, ein gestanztes Metall oder ein poröser Körper aus Kupfer oder Nickel als Stromkollektor verwendet, und ein aktives Material für eine negative Elektrode, wie Graphit, Lithiumtitanoxid (Li4Ti5O12), eine Legierung aus Sn oder Si, Lithiummetall oder dergleichen wird verwendet. Das aktive Material für eine negative Elektrode wird auch in Kombination mit einem Leitfähigkeitshilfsmittel oder einem Bindemittel verwendet.In contrast, the aluminum porous body of the present invention has a high porosity and a large surface area per unit area. A contact area between the current collector and the active material is increased in this way, and therefore, the active material can be effectively utilized, the battery capacity can be improved, and the amount of conductivity aid to be added can be reduced. In a lithium battery, the positive electrode electrode materials described above are used, and for a negative electrode, a foil, a stamped metal or a porous body of copper or nickel is used as the current collector, and a negative electrode active material such as graphite Lithium titanium oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ), an alloy of Sn or Si, lithium metal or the like is used. The active material for a negative electrode is also used in combination with a conduction aid or a binder.
Eine solche Lithiumbatterie kann selbst mit einer kleinen Elektrodenfläche eine erhöhte Kapazität aufweisen und demzufolge eine höhere Energiedichte als eine herkömmliche Lithiumbatterie unter Verwendung einer Aluminiumfolie aufweisen. Die erfindungsgemäßen Wirkungen hauptsächlich in einer Sekundärbatterie wurden oben beschrieben, jedoch sind die erfindungsgemäßen Wirkungen in einer Primärbatterie dieselben wie in der Sekundärbatterie, und eine Kontaktfläche wird vergrößert, wenn der poröse Aluminiumkörper mit dem aktiven Material befüllt wird, und eine Kapazität der Primärbatterie kann verbessert werden.Such a lithium battery may have an increased capacitance even with a small electrode area, and thus have a higher energy density than a conventional lithium battery using an aluminum foil. The effects of the present invention mainly in a secondary battery have been described above, but the effects of the present invention in a primary battery are the same as in the secondary battery, and a contact area is increased when the aluminum porous body is filled with the active material, and a capacity of the primary battery can be improved ,
(Konfiguration der Lithiumbatterie)(Configuration of lithium battery)
Ein in einer Lithiumbatterie verwendeter Elektrolyt schließt eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung und einen Festelektrolyt ein.An electrolyte used in a lithium battery includes a nonaqueous electrolytic solution and a solid electrolyte.
Als Elektrolyt wird neben dem Festelektrolyt eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung verwendet, die später beschrieben wird. In diesem Fall ist ein Separator (poröser Polymerfilm, Vliesstoff oder Papier) zwischen beiden Elektroden angebracht, und beide Elektroden und der Separator werden mit der nicht-wässrigen elektrolytischen Lösung imprägniert.As the electrolyte, in addition to the solid electrolyte, a nonaqueous electrolytic solution which will be described later is used. In this case, a separator (porous polymer film, nonwoven fabric or paper) is attached between both electrodes, and both electrodes and the separator are impregnated with the nonaqueous electrolytic solution.
(In den porösen Aluminiumkörper eingefülltes aktives Material) (Active material filled in the aluminum porous body)
Wenn ein poröser Aluminiumkörper in einer positiven Elektrode oder einer Lithiumbatterie verwendet wird, kann als aktives Material ein Material verwendet werden, dass Lithium extrahieren/einlagern kann, und ein mit einem solchen Material befüllter poröser Aluminiumkörper kann eine Elektrode bereitstellen, die für einer Lithium-Sekundärbatterie geeignet ist. Als Material für das aktive Material der positiven Elektrode wird z. B. Lithiumkobaltoxid (LiCoO2), Lithiumnickeldioxid (LiNiO2), Lithiumkobaltnickeloxid (LiCo0,3Ni0,7O2), Lithiummanganoxid (LiMn2O4), Lithiumtitanoxid (Li4Ti5O12), Lithiummanganoxidverbindung (LiMyMn2-yO4); M = Cr, Co, Ni) oder Lithiumsäure verwendet. Das aktive Material wird in Kombination mit einem Leitfähigkeitshilfsmittel oder einem Bindemittel verwendet. Beispiele für das Material eines aktiven Materials einer positiven Elektrode schließen Übergangsmetalloxide, wie herkömmliches Lithiumeisenphosphat und Olivinverbindungen, ein, die Verbindungen (LiFePO4, LiFe0,5Mn0,5PO4) von Lithiumeisenphosphat sind. Ferner können die in diesen Materialien enthaltenen Übergangsmetallelemente teilweise durch andere Übergangsmetallelemente substituiert sein.When an aluminum porous body is used in a positive electrode or a lithium battery, a material capable of extracting / storing lithium may be used as the active material, and an aluminum porous body filled with such a material may provide an electrode suitable for a lithium secondary battery suitable is. As a material for the active material of the positive electrode is z. Lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel dioxide (LiNiO 2 ), lithium cobalt nickel oxide (LiCo 0.3 Ni 0.7 O 2 ), lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ), lithium titanium oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ), lithium manganese oxide compound (LiM y Mn 2-y O 4 ); M = Cr, Co, Ni) or lithium acid. The active material is used in combination with a conductivity aid or a binder. Examples of the material of a positive electrode active material include transition metal oxides such as conventional lithium iron phosphate and olivine compounds which are compounds (LiFePO 4 , LiFe 0.5 Mn 0.5 PO 4 ) of lithium iron phosphate. Further, the transition metal elements contained in these materials may be partially substituted by other transition metal elements.
Beispiele für andere aktive Materialien der positiven Elektrode schließen Lithiummetalle, in denen das Grundgerüst ein Sulfid-basiertes Chalkogenid, wie TiS2, V2S3, FeS, FeS2 oder LiMSx (M ist ein Übergangsmetallelement, wie Mo, Ti, Cu, Ni oder Fe oder Sb, Sn oder Pb) oder ein Metalloxid, wie TiO2, Cr3O8, V2O5 oder MnO2, ein. Hierbei kann das oben erwähnte Lithiumtitanat (Li4Ti5O12) auch als aktives Material einer negativen Elektrode verwendet werden.Examples of other positive electrode active materials include lithium metals in which the skeleton is a sulfide-based chalcogenide such as TiS 2 , V 2 S 3 , FeS, FeS 2 or LiMS x (M is a transition metal element such as Mo, Ti, Cu, Ni or Fe or Sb, Sn or Pb) or a metal oxide such as TiO 2 , Cr 3 O 8 , V 2 O 5 or MnO 2 . Here, the above-mentioned lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) may also be used as a negative electrode active material.
(In der Lithiumbatterie verwendete elektrolytische Lösung)(Electrolytic solution used in lithium battery)
Eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung wird in einem polar aprotischen organischen Lösungsmittel verwendet, und spezifische Beispiele für die nicht-wässrige elektrolytische Lösung schließen Ethylencarbonat, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Propylencarbonat, γ-Butyrolacton und Sulfolan ein. Als Trägersalz wird Lithiumtetrafluorborat, Lithiumhexafluorborat, ein Imidsalz oder dergleichen verwendet. Die Konzentration des Trägersalzes, das als Elektrolyt dient, ist vorzugsweise höher, jedoch wird im Allgemeinen ein Trägersalz mit einer Konzentration von ca. 1 mol/l verwendet, da eine Begrenzung der Lösung vorliegt.A nonaqueous electrolytic solution is used in a polar aprotic organic solvent, and specific examples of the nonaqueous electrolytic solution include ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, γ-butyrolactone and sulfolane. As a supporting salt, lithium tetrafluoroborate, lithium hexafluoroborate, an imide salt or the like is used. The concentration of the carrier salt serving as the electrolyte is preferably higher, but in general, a carrier salt having a concentration of about 1 mol / l is used since there is a limitation of the solution.
(In den porösen Aluminiumkörper eingefüllter Festelektrolyt)(Solid electrolyte filled in the aluminum porous body)
Der poröse Aluminiumkörper kann zusätzlich neben dem aktiven Material mit einem Festelektrolyt befüllt werden. Der poröse Aluminiumkörper kann für eine Elektrode einer Lithiumbatterie im festen Zustand geeignet sein, indem der poröse Aluminiumkörper mit dem aktiven Material und dem Festelektrolyt befüllt wird. Im Hinblick auf die Sicherstellung einer Entladekapazität wird das Verhältnis des aktiven Materials zu Materialien, die in den porösen Aluminiumkörper eingefüllt werden, vorzugsweise auf 50 Masse-% oder mehr und besonders bevorzugt 70 Masse-% oder mehr eingestellt.The porous aluminum body may additionally be filled with a solid electrolyte in addition to the active material. The aluminum porous body may be suitable for an electrode of a lithium battery in the solid state by filling the aluminum porous body with the active material and the solid electrolyte. From the viewpoint of securing a discharge capacity, the ratio of the active material to materials filled in the aluminum porous body is preferably set to 50% by mass or more, and more preferably 70% by mass or more.
Ein Festelektrolyt auf Sulfid-Basis mit einer hohen Lithium-Ionen-Leitfähigkeit wird vorzugsweise als Festelektrolyt verwendet, und Beispiele für den Festelektrolyt auf Sulfid-Basis schließen Festelektrolyten auf Sulfid-Basis ein, die Lithium, Phosphor und Schwefel enthalten. Der Festelektrolyt auf Sulfid-Basis kann ferner ein Element, wie O, Al, B, Si oder Ge enthalten.A sulfide-based solid electrolyte having a high lithium ion conductivity is preferably used as a solid electrolyte, and examples of the sulfide-based solid electrolyte include sulfide-based solid electrolytes containing lithium, phosphorus and sulfur. The sulfide-based solid electrolyte may further contain an element such as O, Al, B, Si or Ge.
Ein solcher Festelektrolyt auf Sulfid-Basis kann durch ein allgemein bekanntes Verfahren erhalten werden. Beispiele für ein Verfahren zur Bildung eines Festelektrolyten auf Sulfid-Basis schließen ein Verfahren, in dem Lithiumsulfid (Li2S) und Diphosphorpentasulfid (P2S5) als Ausgangsmaterialien hergestellt werden, Li2S und P2S5 in Proportionen von etwa 50:50 bis etwa 80:20 bezüglich des Molverhältnisses gemischt werden und die resultierende Mischung geschmolzen und gequenscht wird (Schmelzen und schnelles Quenschverfahren), und ein Verfahren zum mechanischen Mahlen des gequenschten Produkts (mechanisches Mahlverfahren) ein.Such a sulfide-based solid electrolyte can be obtained by a publicly known method. Examples of a method for forming a sulfide-based solid electrolyte include a method in which lithium sulfide (Li 2 S) and diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) are prepared as starting materials, Li 2 S and P 2 S 5 in proportions of about 50 From 50 to about 80:20 in molar ratio and the resulting mixture is melted and quenched (melting and rapid quenching), and a method of mechanically grinding the quenched product (mechanical milling method).
Der durch das oben erwähnte Verfahren erhaltene Festelektrolyt auf Sulfid-Basis ist amorph. Der Festelektrolyt auf Sulfid-Basis kann auch in diesem amorphen Zustand eingesetzt werden, aber auch einer Wärmebehandlung zur Bildung eines kristallinen Festelektrolyt auf Sulfid-Basis unterzogen werden. Es kann erwartet werden, dass die Lithium-Ionen-Leitfähigkeit durch diese Kristallisation verbessert wird.The sulfide-based solid electrolyte obtained by the above-mentioned method is amorphous. The sulfide-based solid electrolyte may also be used in this amorphous state, but may be subjected to a heat treatment to form a sulfide-based crystalline solid electrolyte. It can be expected that the lithium-ion conductivity is improved by this crystallization.
(Einfüllen des aktiven Materials in den porösen Aluminiumkörper)(Charging the Active Material into the Aluminum Porous Body)
Zum Einfüllen des aktiven Materials (aktives Material und Festelektrolyt) können allgemein bekannte Verfahren, wie ein Verfahren zum Einfüllen durch Eintauchen und ein Beschichtungsverfahren, eingesetzt werden. Beispiele für das Beschichtungsverfahren schließen ein Walzenbeschichtungsverfahren, ein Applikatorbeschichtungsverfahren, ein elektrostatisches Beschichtungsverfahren, ein Pulverbeschichtungsverfahren, ein Sprühbeschichtungsverfahren, ein Beschichtungsverfahren mit einem Sprühbeschichter, ein Beschichtungsverfahren mit einem Streichbalken, ein Beschichtungsverfahren einer Walzenstreichmaschine, ein Beschichtungsverfahren mit einem Tauchbeschichter, ein Rakelbeschichtungsverfahren, ein Drahtrakelbeschichtungsverfahren, ein Beschichtungsverfahren mit einer Messerstreichmaschine, ein Klingenstrichverfahren und ein Siebdruckverfahren ein.For filling the active material (active material and solid electrolyte), publicly known methods such as a dipping-in method and a coating method may be employed become. Examples of the coating method include a roll coating method, an applicator coating method, an electrostatic coating method, a powder coating method, a spray coating method, a coating method with a spray coater, a coating method with a coating bar, a coating method of a roll coater, a coating method with a dip coater, a bar coating method, a wire bar coating method, a coating method with a knife coater, a blade coating method and a screen printing method.
Wenn das aktive Material (aktives Material und Festelektrolyt) eingefüllt wird, wird z. B. ein Leitfähigkeitshilfsmittel oder ein Bindemittel, soweit erforderlich, und ein organisches Lösungsmittel oder Wasser damit gemischt, um eine Aufschlämmung aus einer positiven Elektrodenmischung herzustellen. Ein poröser Aluminiumkörper wird mit dieser Aufschlämmung durch das oben beschriebene Verfahren befüllt. Als Leitfähigkeitshilfsmittel kann z. B. Ruß, wie Acetylen-Ruß (AB) oder Ketjen-Ruß (KB) oder Kohlenstofffasern, wie Kohlenstoffnanoröhrchen (CNT), verwendet werden. Als Bindemittel kann z. B. Polyvinylidenchlorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylalkohol (PVA), Carboxymethylcellulose (CMC), Xanthan-Gummi und dergleichen verwendet werden.When the active material (active material and solid electrolyte) is filled, z. A conduction aid or a binder, if necessary, and an organic solvent or water mixed therewith to prepare a slurry of a positive electrode mixture. A porous aluminum body is filled with this slurry by the method described above. As conductivity aid z. For example, carbon black such as acetylene black (AB) or Ketjen black (KB) or carbon fibers such as carbon nanotubes (CNT) can be used. As a binder may, for. Polyvinylidene chloride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl alcohol (PVA), carboxymethyl cellulose (CMC), xanthan gum and the like.
Das zur Herstellung der Aufschlämmung aus einem positiven Elektrodenmischung verwendete organische Lösungsmittel kann in geeigneter Weise ausgewählt werden, solange es die in den porösen Aluminiumkörper einzufüllenden Materialien (d. h. ein aktives Material, ein Leitfähigkeitshilfsmittel, ein Bindemittel und ein Festelektrolyt, soweit erforderlich) nicht nachteilig beeinflusst. Beispiele für das organische Lösungsmittel schließen n-Hexan, Cyclohexan, Heptan, Toluol, Xylol, Trimethylbenzol, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Propylencarbonat, Ethylencarbonat, Butylencarbonat, Vinylidencarbonat, Vinylethylencarbonat, Tetrahydrofuran, 1,4-Dioxan, 1,3-Dioxolan, Ethylenglykol und N-Methyl-2-pyrrolidon ein. Wenn Wasser als Lösungsmittel verwendet wird, kann ferner ein Tensid zur Verbesserung der Füllleistung verwendet werden.The organic solvent used for preparing the slurry of a positive electrode mixture may be suitably selected as long as it does not adversely affect the materials to be charged into the aluminum porous body (i.e., an active material, a conduction aid, a binder, and a solid electrolyte, if necessary). Examples of the organic solvent include n-hexane, cyclohexane, heptane, toluene, xylene, trimethylbenzene, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, vinylidene carbonate, vinylethylene carbonate, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane, Ethylene glycol and N-methyl-2-pyrrolidone. Further, when water is used as a solvent, a surfactant may be used to improve the filling performance.
Des Weiteren wird bei einem herkömmlichen positiven Elektrodenmaterial für Lithiumbatterien eine Elektrode durch Auftragen eines aktiven Materials auf der Oberfläche einer Aluminiumfolie gebildet. Zur Erhöhung einer Batteriekapazität pro Einheitsfläche wird die Auftragungsdicke des aktiven Materials erhöht. Um ferner das aktive Material auf effektive Weise zu nutzen, muss das aktive Material in einem elektrischen Kontakt mit der Aluminiumfolie stehen, und daher wird das aktive Material mit einem zu verwendenden Leitfähigkeitshilfsmittel gemischt. Im Gegensatz dazu weist der erfindungsgemäße poröse Aluminiumkörper eine hohe Porosität und eine große Oberfläche pro Einheitsfläche auf. Auf diese Weise wird die Kontaktfläche zwischen dem Stromkollektor und dem aktiven Material erhöht und daher kann das aktive Material auf effektive Weise genutzt werden, die Batteriekapazität verbessert werden und die Menge des zu verwendenden Leitfähigkeitshilfsmittels verringert werden.Further, in a conventional lithium electrode positive electrode material, an electrode is formed by applying an active material on the surface of an aluminum foil. To increase a battery capacity per unit area, the application thickness of the active material is increased. Further, in order to effectively utilize the active material, the active material must be in electrical contact with the aluminum foil, and therefore, the active material is mixed with a conductivity aid to be used. In contrast, the aluminum porous body of the present invention has a high porosity and a large surface area per unit area. In this way, the contact area between the current collector and the active material is increased, and therefore, the active material can be effectively utilized, the battery capacity can be improved, and the amount of the conductivity aid to be used can be reduced.
(Elektrode für einen Kondensator)(Electrode for a capacitor)
Zur Herstellung einer Elektrode für einen Kondensator wird ein Stromkollektor aus dem porösen Aluminiumkörper mit der Aktivkohle als aktives Material befüllt. Die Aktivkohle wird in Kombination mit einem Leitfähigkeitshilfsmittel oder einem Bindemittel verwendet.For producing an electrode for a capacitor, a current collector of the aluminum porous body is filled with the activated carbon as the active material. The activated carbon is used in combination with a conductivity aid or a binder.
Um die Kapazität eines Kondensators zu erhöhen, ist die Menge an Aktivkohle als Hauptkomponente vorzugsweise eine große Menge, und die Menge an Aktivkohle beträgt vorzugsweise 90% oder mehr bezüglich des Zusammensetzungsanteils nach dem Trocknen (nach Entfernung eines Lösungsmittels). Das Leitfähigkeitshilfsmittel und die Bindemittel sind notwendig, jedoch sind ihre Mengen vorzugsweise so gering wie möglich, da sie zu einer Verringerung der Kapazität führen und das Bindemittel ferner ein Grund für eine Zunahme des Innenwiderstands ist. Vorzugsweise beträgt die Menge an Leitfähigkeitshilfsmittel 10 Masse-% oder weniger und die Menge an Bindemittel 10 Masse-% oder weniger.In order to increase the capacity of a condenser, the amount of activated carbon as a main component is preferably a large amount, and the amount of activated carbon is preferably 90% or more in terms of the composition rate after drying (after removal of a solvent). The conductibility aid and the binders are necessary, but their amounts are preferably as low as possible, since they lead to a reduction in capacity and the binder further a reason for a Increase in internal resistance. Preferably, the amount of conductibility aid is 10 mass% or less and the amount of binder is 10 mass% or less.
Wenn die Oberfläche der Aktivkohle größer ist, ist die Kapazität des Kondensators größer und daher weist die Aktivkohle vorzugsweise eine spezifische Oberfläche von 1000 m2/g oder mehr auf. Als Material für die Aktivkohle kann pflanzliche Palmschale, ein Petroleum-basiertes Material oder dergleichen verwendet werden. Zur Erhöhung der Oberfläche der Aktivkohle wird das Material vorzugsweise unter Verwendung von Dampf oder Alkali aktiviert.When the surface area of the activated carbon is larger, the capacity of the condenser is larger, and therefore, the activated carbon preferably has a specific surface area of 1000 m 2 / g or more. As the material for the activated carbon, vegetable palm peel, a petroleum-based material or the like can be used. To increase the surface area of the activated carbon, the material is preferably activated using steam or alkali.
Das Elektrodenmaterial, das vorwiegend aus der Aktivkohle zusammengesetzt ist, wird unter Erhalt einer Aktivkohlepaste gemischt und gerührt. Diese Aktivkohlepaste wird in den oben erwähnten Stromkollektor gefüllt und getrocknet, und seine Dichte wird erforderlichenfalls durch Komprimieren mit einer Walzenpresse oder dergleichen unter Erhalt einer Elektrode für einen Kondensator erhöht.The electrode material composed mainly of the activated carbon is mixed and stirred to obtain an activated carbon paste. This activated carbon paste is filled in the above-mentioned current collector and dried, and its density is increased if necessary by compressing with a roller press or the like to obtain an electrode for a capacitor.
(Einfüllen von Aktivkohle in den porösen Aluminiumkörper)(Charging Charcoal Into the Aluminum Porous Body)
Zum Einfüllen der Aktivkohle können veröffentliche Verfahren, wie ein Verfahren durch Eintauchen oder ein Beschichtungsverfahren, eingesetzt werden. Beispiele für das Beschichtungsverfahren schließen ein Walzenbeschichtungsverfahren, ein Applikatorbeschichtungsverfahren, ein elektrostatisches Beschichtungsverfahren, ein Pulverbeschichtungsverfahren, ein Sprühbeschichtungsverfahren, ein Beschichtungsverfahren mit einem Sprühbeschichter, ein Beschichtungsverfahren mit einem Streichbalken, ein Beschichtungsverfahren einer Walzenstreichmaschine, ein Beschichtungsverfahren mit einem Tauchbeschichter, ein Rakelbeschichtungsverfahren, ein Drahtrakelbeschichtungsverfahren, ein Beschichtungsverfahren mit einer Messerstreichmaschine, ein Klingenstrichverfahren und ein Siebdruckverfahren ein.For the filling of the activated carbon, published methods, such as a method by immersion or a coating method can be used. Examples of the coating method include a roll coating method, an applicator coating method, an electrostatic coating method, a powder coating method, a spray coating method, a coating method with a spray coater, a coating method with a coating bar, a coating method of a roll coater, a coating method with a dip coater, a bar coating method, a wire bar coating method, a coating method with a knife coater, a blade coating method and a screen printing method.
Wenn die Aktivkohle eingefüllt wird, wird z. B., soweit erforderlich, ein Leitfähigkeitshilfsmittel oder ein Bindemittel hinzugefügt, und ein organisches Bindemittel oder Wasser wird damit gemischt, um eine Aufschlämmung aus einer positiven Elektrodenmischung herzustellen. Ein poröser Aluminiumkörper wird mit dieser Aufschlämmung durch das oben beschriebene Verfahren befüllt. Als Leitfähigkeitshilfsmittel kann z. B. Ruß, wie Acetylen-Ruß (AB) oder Ketjen-Ruß (KB), oder Kohlenstofffasern, wie Kohlenstoffnanoröhrchen (CNT), verwendet werden. Als Bindemittel kann z. B. Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylalkohol (PVA), Carboxymethylcellulose (CMC), Xanthan-Gummi und dergleichen verwendet werden.When the activated carbon is filled, z. For example, if necessary, a conductivity assistant or a binder is added, and an organic binder or water is mixed therewith to prepare a slurry of a positive electrode mixture. A porous aluminum body is filled with this slurry by the method described above. As conductivity aid z. For example, carbon black such as acetylene black (AB) or Ketjen black (KB), or carbon fibers such as carbon nanotubes (CNT) can be used. As a binder may, for. Polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl alcohol (PVA), carboxymethyl cellulose (CMC), xanthan gum and the like.
Das zur Herstellung der Aufschlämmung aus einer positiven Elektrodenmischung verwendete organische Lösungsmittel kann in geeigneter Weise ausgewählt werden, solange es die in den porösen Aluminiumkörper einzufüllenden Materialien (d. h. ein aktives Material, ein Leitfähigkeitshilfsmittel, ein Bindemittel und ein Festelektrolyt, soweit erforderlich) nicht nachteilig beeinflusst. Beispiele für das organische Lösungsmittel schließen n-Hexan, Cyclohexan, Heptan, Toluol, Xylol, Trimethylbenzol, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Propylencarbonat, Ethylencarbonat, Butylencarbonat, Vinylencarbonat, Vinylethylencarbonat, Tetrahydrofuran, 1,4-Dioxan, 1,3-Dioxolan, Ethylenglykol und N-Methyl-2-pyrrolidon ein. Wenn Wasser als Lösungsmittel verwendet wird, kann ferner ein Tensid zur Erhöhung der Füllleistung verwendet werden.The organic solvent used for preparing the slurry of a positive electrode mixture may be suitably selected so long as it does not adversely affect the materials to be charged in the aluminum porous body (i.e., an active material, a conduction aid, a binder, and a solid electrolyte, if necessary). Examples of the organic solvent include n-hexane, cyclohexane, heptane, toluene, xylene, trimethylbenzene, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane, Ethylene glycol and N-methyl-2-pyrrolidone. Further, when water is used as a solvent, a surfactant may be used to increase the filling performance.
(Kondensatorherstellung)(Capacitor production)
Die in der oben beschriebenen Weise erhaltene Elektrode wird zur Herstellung von zwei Blättern in eine angemessene Größe gestanzt, und die beiden Elektroden werden mit einem dazwischen liegenden Separator einander gegenübergestellt. Ein poröser Film oder Vliesstoff aus Cellulose oder einem Polyolefinharz wird vorzugsweise für den Separator verwendet. Dann werden die Elektroden in einem Zellengehäuse unter Verwendung von erforderlichen Abstandhaltern untergebracht und mit einer elektrolytischen Lösung imprägniert. Schließlich wird ein Deckel auf das Gehäuse mit einer zwischen dem Deckel und dem Gehäuse liegenden Isoliermanschette gesetzt und versiegelt, und dadurch kann ein elektrischer Doppelschichtkondensator hergestellt werden. Wenn ein nicht-wässriges Material verwendet wird, werden die Materialien der Elektrode und dergleichen vorzugsweise in angemessener Weise getrocknet, um den Wassergehalt in dem Kondensator soweit wie möglich zu verringern. Die Kondensatorherstellung wird in einer Umgebung mit geringer Feuchtigkeit durchgeführt, und die Versiegelung kann in einer Umgebung mit reduziertem Druck durchgeführt werden. Der Kondensator ist außerdem nicht besonders beschränkt, solange der Stromkollektor und die Elektrode der vorliegenden Erfindung verwendet werden, und Kondensatoren, die durch ein Verfahren hergestellt werden, das von diesem Verfahren verschieden ist, können verwendet werden.The electrode obtained in the manner described above is punched to an appropriate size to make two sheets, and the two electrodes are opposed to each other with a separator therebetween. A porous film or nonwoven fabric made of cellulose or a polyolefin resin is preferably used for the separator. Then, the electrodes are housed in a cell case using necessary spacers and impregnated with an electrolytic solution. Finally, a lid is set and sealed on the case with an insulating boot sandwiched between the lid and the case, and thereby an electric double-layer capacitor can be manufactured. When a non-aqueous material is used, the materials of the electrode and the like are preferably appropriately dried to reduce the water content in the capacitor as much as possible. The capacitor fabrication is performed in a low humidity environment, and the seal may be performed in a reduced pressure environment. In addition, the capacitor is not particularly limited as long as the current collector and the electrode of the present invention are used, and capacitors manufactured by a method other than this method can be used.
Obgleich als elektrolytische Lösung sowohl eine wässrige elektrolytische Lösung als auch eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung verwendet werden können, wird die nicht-wässrige elektrolytische Lösung vorzugsweise verwendet, da seine Spannung auf ein höheres Niveau eingestellt werden kann als das wässrige System. In der wässrigen elektrolytischen Lösung kann Kaliumhydroxid oder dergleichen als Elektrolyt verwendet werden. Beispiele für die nicht-wässrige elektrolytische Lösung schließen viele ionische Flüssigkeiten in Kombination mit einem Kation und einem Anion ein. Als Kation wird niederaliphatisches quaternäres Ammonium, niederaliphatisches quaternäres Phosphonium, Imidazolium oder dergleichen verwendet, und als Anion sind Ionen von Metallchloriden, Ionen von Metallfluoriden und Imidverbindungen, wie Bis(fluorsulfonyl)imid und dergleichen, bekannt. Als nicht-wässrige elektrolytische Lösung gibt es ferner ein polares aprotisches organisches Lösungsmittel, und spezifische Beispiele dafür schließen Ethylencarbonat, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Propylencarbonat, γ-Butyrolacton und Sulfolan ein. Als Trägersalz in der nicht-wässrigen elektrolytischen Lösung wird Lithiumtetrafluorborat, Lithiumhexafluorborat oder dergleichen verwendet. Although both an aqueous electrolytic solution and a nonaqueous electrolytic solution may be used as the electrolytic solution, the nonaqueous electrolytic solution is preferably used because its voltage can be set at a higher level than the aqueous system. In the aqueous electrolytic solution, potassium hydroxide or the like may be used as the electrolyte. Examples of the non-aqueous electrolytic solution include many ionic liquids in combination with a cation and an anion. As the cation, lower aliphatic quaternary ammonium, lower aliphatic quaternary phosphonium, imidazolium or the like is used, and as the anion, there are known ions of metal chlorides, ions of metal fluorides and imide compounds such as bis (fluorosulfonyl) imide and the like. As the non-aqueous electrolytic solution, there is also a polar aprotic organic solvent, and specific examples thereof include ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, γ-butyrolactone and sulfolane. As the supporting salt in the non-aqueous electrolytic solution, lithium tetrafluoroborate, lithium hexafluoroborate or the like is used.
(Lithium-Ionen-Kondensator)(Lithium ion capacitor)
(Positive Elektrode)(Positive electrode)
Zur Herstellung einer Elektrode für einen Lithium-Ionen-Kondensator wird ein Stromkollektor aus dem porösen Aluminiumkörper mit Aktivkohle als aktivem Material befüllt. Die Aktivkohle wird in Kombination mit einem Leitfähigkeitshilfsmittel oder einem Bindemittel verwendet.For producing an electrode for a lithium-ion capacitor, a current collector of the aluminum porous body is filled with activated carbon as the active material. The activated carbon is used in combination with a conductivity aid or a binder.
Zur Erhöhung der Kapazität des Lithium-Ionen-Kondensators ist die Menge an Aktivkohle als Hauptkomponente vorzugsweise eine große Menge, die Menge an Aktivkohle beträgt vorzugsweise 90% oder mehr bezüglich des Zusammensetzungsanteils nach dem Trocknen (nach dem Entfernen eines Lösungsmittels). Das Leitfähigkeitshilfsmittel und das Bindemittel sind notwendig, jedoch sind ihre Mengen vorzugsweise so klein wie möglich, da sie eine Verringerung der Kapazität verursachen und ferner das Bindemittel eine Ursache für die Erhöhung des Innenwiderstands ist. Vorzugsweise beträgt die Menge an Leitfähigkeitshilfsmittel 10 Masse-% oder weniger, und die Menge an Bindemittel beträgt 10 Masse-% oder weniger.In order to increase the capacity of the lithium ion capacitor, the amount of activated carbon as the main component is preferably a large amount, and the amount of activated carbon is preferably 90% or more in terms of the composition rate after drying (after removing a solvent). The conduction aid and the binder are necessary, but their amounts are preferably as small as possible because they cause a reduction in the capacity and further the binder is a cause for the increase of the internal resistance. Preferably, the amount of the conductibility aid is 10% by mass or less, and the amount of the binder is 10% by mass or less.
Wenn die Oberfläche der Aktivkohle größer ist, ist die Kapazität des Lithium-Ionen-Kondensators größer, und daher weist die Aktivkohle vorzugsweise eine spezifische Oberfläche von 1000 m2/g oder mehr auf. Als Material für die Aktivkohle können pflanzliche Palmkernschale, Petroleum-basiertes Material oder dergleichen verwendet werden. Zur Vergrößerung der Oberfläche der Aktivkohle wird das Material vorzugsweise unter Verwendung von Dampf oder Alkali aktiviert. Als Leitfähigkeitshilfsmittel kann Ketjen-Ruß, Acetylen-Ruß, Kohlenstofffasern oder Verbundmaterialien davon verwendet werden. Als Bindemittel können Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluorethylen, Polyvinylalkohol, Carboxymethylcellulose, Xanthan-Gummi und dergleichen verwendet werden. Ein Lösungsmittel kann in angemessener Weise aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel in Abhängigkeit vom Typ des Bindemittels ausgewählt werden. In dem organischen Lösungsmittel wird häufig N-Methyl-2-pyrrolidon verwendet. Wenn Wasser als Lösungsmittel verwendet wird, wird ferner ein Tensid zur Erhöhung der Füllleistung verwendet werden.When the surface area of the activated carbon is larger, the capacity of the lithium ion condenser is larger, and therefore, the activated carbon preferably has a specific surface area of 1000 m 2 / g or more. As the material for the activated carbon, plant palm kernel husk, petroleum-based material or the like can be used. To increase the surface area of the activated carbon, the material is preferably activated using steam or alkali. As a conduction aid, Ketjen's carbon black, acetylene black, carbon fibers or composites thereof can be used. As the binder, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, xanthan gum and the like can be used. A solvent may be appropriately selected from water and an organic solvent depending on the type of the binder. In the organic solvent, N-methyl-2-pyrrolidone is often used. Further, when water is used as a solvent, a surfactant will be used to increase the filling performance.
Das vornehmlich aus der Aktivkohle zusammengesetzte Elektrodenmaterial wird unter Erhalt einer Aktivkohlepaste gemischt und gerührt. Diese Aktivkohlepaste wird in den oben erwähnten Stromkollektor gefüllt und getrocknet und seine Dichte wird durch Komprimieren mit einer Walzenpresse oder dergleichen, sofern erforderlich, unter Erhalt einer Elektrode für einen Lithium-Ionen-Kondensator erhöht.The electrode material mainly composed of the activated carbon is mixed and stirred to obtain an activated carbon paste. This activated carbon paste is filled in the above-mentioned current collector and dried, and its density is increased by compressing with a roller press or the like, if necessary, to obtain an electrode for a lithium ion capacitor.
(Einfüllen der Aktivkohle in den porösen Aluminiumkörper) (Charging the activated carbon into the porous aluminum body)
Zum Einfüllen der Aktivkohle können allgemein bekannte Verfahren, wie ein Verfahren zum Einfüllen durch Eintauchen und ein Beschichtungsverfahren, eingesetzt werden. Beispiele für das Beschichtungsverfahren schließen ein Walzenbeschichtungsverfahren, ein Applikatorbeschichtungsverfahren, ein elektrostatisches Beschichtungsverfahren, ein Pulverbeschichtungsverfahren, ein Sprühbeschichtungsverfahren, ein Beschichtungsverfahren mit einem Sprühbeschichter, ein Beschichtungsverfahren mit einem Streichbalken, ein Beschichtungsverfahren einer Walzenstreichmaschine, ein Beschichtungsverfahren mit einem Tauchbeschichter, ein Rakelbeschichtungsverfahren, ein Drahtrakelbeschichtungsverfahren, ein Beschichtungsverfahren mit einer Messerstreichmaschine, ein Klingenstrichverfahren und ein Siebdruckverfahren ein.For filling the activated carbon, well-known methods such as a dipping-in method and a coating method can be used. Examples of the coating method include a roll coating method, an applicator coating method, an electrostatic coating method, a powder coating method, a spray coating method, a coating method with a spray coater, a coating method with a coating bar, a coating method of a roll coater, a coating method with a dip coater, a bar coating method, a wire bar coating method, a coating method with a knife coater, a blade coating method and a screen printing method.
Wenn die Aktivkohle eingefüllt wird, wird z. B. ein Leitfähigkeitshilfsmittel oder ein Bindemittel, soweit erforderlich, hinzugefügt, und ein organisches Bindemittel oder Wasser wird damit gemischt, um eine Aufschlämmung aus einer positiven Elektrodenmischung herzustellen. Ein poröser Aluminiumkörper wird mit dieser Aufschlämmung durch das oben beschriebene Verfahren befüllt. Als Leitfähigkeitshilfsmittel kann z. B. Ruß, wie Acetylen-Ruß (AB) oder Ketjen-Ruß (KB), oder Kohlenstofffasern, wie Kohlenstoffnanoröhrchen (CNT), verwendet werden. Als Bindemittel kann z. B. Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylalkohol (PVA), Carboxymethylcellulose (CMC), Xanthan-Gummi und dergleichen verwendet werden.When the activated carbon is filled, z. For example, a conductivity assistant or a binder is added as necessary, and an organic binder or water is mixed therewith to prepare a slurry of a positive electrode mixture. A porous aluminum body is filled with this slurry by the method described above. As conductivity aid z. For example, carbon black such as acetylene black (AB) or Ketjen black (KB), or carbon fibers such as carbon nanotubes (CNT) can be used. As a binder may, for. Polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl alcohol (PVA), carboxymethyl cellulose (CMC), xanthan gum and the like.
Das in der Herstellung der Aufschlämmung aus einer positiven Elektrodenmischung verwendete organische Lösungsmittel kann in geeigneter Weise ausgewählt werden, solange es die in den porösen Aluminiumkörper einzufüllenden Materialien (d. h. ein aktives Material, ein Leitfähigkeitshilfsmittel, ein Bindemittel und ein Festelektrolyt, soweit erforderlich) nicht nachteilig beeinflusst. Beispiele für das organische Lösungsmittel schließen n-Hexan, Cyclohexan, Heptan, Toluol, Xylol, Trimethylbenzol, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Propylencarbonat, Ethylencarbonat, Butylencarbonat, Vinylencarbonat, Vinylethylencarbonat, Tetrahydrofuran, 1,4-Dioxan, 1,3-Dioxolan, Ethylenglykol und N-Methyl-2-pyrrolidon ein. Wenn Wasser als Lösungsmittel verwendet wird, kann ferner ein Tensid zur Erhöhung der Füllleistung hinzugefügt werden.The organic solvent used in the preparation of the positive electrode mixture slurry may be suitably selected as long as it does not adversely affect the materials to be charged in the aluminum porous body (ie, an active material, a conduction aid, a binder, and a solid electrolyte, if necessary) , Examples of the organic solvent include n-hexane, cyclohexane, heptane, toluene, xylene, trimethylbenzene, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane, Ethylene glycol and N-methyl-2-pyrrolidone. Further, when water is used as a solvent, a surfactant may be added to increase the filling performance.
(Negative Elektrode)(Negative electrode)
Eine negative Elektrode ist nicht besonders beschränkt, und eine herkömmliche negative Elektrode für Lithiumbatterien kann verwendet werden, jedoch ist eine Elektrode, in der ein aktives Material in einem porösen Körper aus Kupfer oder Nickel, wie das oben beschriebene geschäumte Nickel, gefüllt wird, bevorzugt, da eine herkömmliche Elektrode, in der eine Kupferfolie als Stromkollektor verwendet wird, eine geringe Kapazität aufweist. Um Arbeitsvorgänge als Lithium-Ionen-Kondensator durchzuführen, wird die negative Elektrode ferner vorzugsweise mit Lithium-Ionen im Voraus dotiert. Als Dotierungsverfahren können allgemein bekannte Verfahren eingesetzt werden. Beispiele für die Dotierungsverfahren schließen ein Verfahren, in dem eine Lithiummetallfolie an der Oberfläche einer negativen Elektrode fixiert wird, und diese zum Dotieren in eine elektrolytische Lösung getaucht wird, ein Verfahren, in dem eine Elektrode mit einem daran fixierten Lithiummetall in einem Lithium-Ionen-Kondensator angebracht ist, und nach dem Aufbau einer Zelle ein elektrischer Strom zwischen der negativen Elektrode und der Lithiummetallelektrode zur elektrischen Dotierung der Elektrode fließt, und ein Verfahren ein, in dem eine elektrochemische Zelle aus einer negativen Elektrode und Lithiummetall aufgebaut wird und eine mit Lithium elektrisch dotierte negative Elektrode entnommen und verwendet wird.A negative electrode is not particularly limited, and a conventional negative electrode for lithium batteries may be used, but an electrode in which an active material is filled in a porous body of copper or nickel such as the foamed nickel described above is preferable. since a conventional electrode in which a copper foil is used as a current collector has a small capacity. Further, in order to perform operations as a lithium ion capacitor, the negative electrode is preferably doped with lithium ions in advance. As the doping method, well-known methods can be used. Examples of the doping methods include a method in which a lithium metal foil is fixed to the surface of a negative electrode and dipped in an electrolytic solution for doping, a method in which an electrode having a lithium metal fixed thereto in a lithium ion. Capacitor is mounted, and after the construction of a cell, an electric current flows between the negative electrode and the lithium metal electrode for electrical doping of the electrode, and a method in which an electrochemical cell of a negative electrode and lithium metal is constructed and one with lithium electrically Doped negative electrode is removed and used.
In jedem Verfahren ist es bevorzugt, dass die Menge der Lithiumdotierung groß ist, um das Potential der negativen Elektrode in adäquater Weise zu verringern, jedoch bleibt die negative Elektrode vorzugsweise ohne Dotierung durch die Kapazität der positiven Elektrode, da die Kapazität des Lithium-Ionen-Kondensators klein wird, wenn die Restkapazität der negativen Elektrode kleiner ist als die der positiven Elektrode.In any method, it is preferable that the amount of lithium doping is large enough to adequately reduce the potential of the negative electrode, but the negative electrode preferably remains without doping by the capacity of the positive electrode because the capacity of the lithium ion Capacitor is small when the residual capacity of the negative electrode is smaller than that of the positive electrode.
(In dem Lithium-Ionen-Kondensator verwendete elektrolytische Lösung)(Electrolytic solution used in the lithium ion capacitor)
Dieselbe nicht-wässrige elektrolytische Lösung, die in einer Lithiumbatterie verwendet wird, wird als elektrolytische Lösung verwendet. Eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung wird in einem polaren aprotischen organischen Lösungsmittel verwendet, und spezifische Beispiele für die nicht-wässrige elektrolytische Lösung schließen Ethylencarbonat, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Propylencarbonat, γ-Butyrolacton und Sulfolan ein. Als Trägersalz wird Lithiumtetrafluorborat, Lithiumhexafluorphosphat, ein Imidsalz oder dergleichen verwendet.The same non-aqueous electrolytic solution used in a lithium battery is used as the electrolytic solution. A nonaqueous electrolytic solution is used in a polar aprotic organic solvent, and specific examples of the nonaqueous electrolytic solution include ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, γ-butyrolactone and sulfolane. As the carrier salt, lithium tetrafluoroborate, lithium hexafluorophosphate, an imide salt or the like is used.
(Herstellung des Lithium-Ionen-Kondensators) (Preparation of Lithium Ion Capacitor)
Die in der oben erwähnten Weise erhaltene Elektrode wird in eine geeignete Größe gestanzt und der negativen Elektrode gegenübergestellt, wobei ein Separator zwischen der ausgestanzten Elektrode und der negativen Elektrode liegt. Die negative Elektrode kann eine Elektrode sein, die durch das oben beschriebene Verfahren mit Lithium-Ionen dotiert ist, und wenn das Dotierungsverfahren der negativen Elektrode nach dem Aufbau einer Zelle eingesetzt wird, kann eine Elektrode mit daran gebundenem Lithiummetall in der Zelle angebracht werden. Ein poröser Film oder Vliesstoff aus Cellulose oder einem Polyolefinharz wird vorzugsweise für den Separator verwendet. Dann werden die Elektroden in einem Zellengehäuse unter Verwendung von erforderlichen Abstandhaltern untergebracht und mit einer elektrolytischen Lösung imprägniert. Schließend wird ein Deckel auf das Gehäuse mit einer zwischen dem Deckel und dem Gehäuse liegenden Isoliermanschette gesetzt und versiegelt, und dadurch kann ein Lithium-Ionen-Kondensator hergestellt werden. Materialien für die Elektrode und dergleichen werden vorzugsweise in adäquater Weise getrocknet, um den Wassergehalt in dem Lithium-Ionen-Kondensator soweit wie möglich zu verringern. Die Herstellung des Lithium-Ionen-Kondensators wird in einer Umgebung mit geringer Feuchtigkeit durchgeführt, und die Versiegelung kann in einer Umgebung mit reduziertem Druck durchgeführt werden. Außerdem ist der Lithium-Ionen-Kondensator nicht besonders beschränkt, solange der Stromkollektor und die Elektrode der vorliegenden Erfindung verwendet werden, und Kondensatoren, die durch ein Verfahren hergestellt werden, das von diesem Verfahren verschieden ist, können verwendet werden.The electrode obtained in the above-mentioned manner is punched in an appropriate size and opposed to the negative electrode with a separator between the punched-out electrode and the negative electrode. The negative electrode may be an electrode doped with lithium ions by the method described above, and when the negative electrode doping method is used after a cell is constructed, an electrode having lithium metal bonded thereto may be mounted in the cell. A porous film or nonwoven fabric made of cellulose or a polyolefin resin is preferably used for the separator. Then, the electrodes are housed in a cell case using necessary spacers and impregnated with an electrolytic solution. Finally, a lid is set and sealed on the case with an insulating boot sandwiched between the lid and the case, and thereby a lithium-ion capacitor can be manufactured. Materials for the electrode and the like are preferably dried adequately to reduce the water content in the lithium ion capacitor as much as possible. The production of the lithium-ion capacitor is performed in a low-humidity environment, and the sealing may be performed in a reduced-pressure environment. In addition, the lithium ion capacitor is not particularly limited as long as the current collector and the electrode of the present invention are used, and capacitors made by a method other than this method can be used.
(Elektrode für Schmelzsalzbatterie)(Electrode for molten salt battery)
Der poröse Aluminiumkörper kann auch als Elektrodenmaterial für Schmelzsalzbatterien verwendet werden. Wenn der poröse Aluminiumkörper als positives Elektrodenmaterial verwendet wird, wird eine Metallverbindung, wie Natriumchromit (NaCrO2) oder Titandisulfid (TiS2) als aktives Material verwendet, in der ein Kation eines Schmelzsalzes, das als Elektrolyt dient, eingelagert werden kann. Das aktive Material wird in Kombination mit einem Leitfähigkeitshilfsmittel oder einem Bindemittel verwendet. Als Leitfähigkeitshilfsmittel kann Acetylen-Ruß oder dergleichen verwendet werden. Als Bindemittel kann Polytetrafluorethylen (PTFE) und dergleichen verwendet werden. Wenn Natriumchromit als aktives Material verwendet wird und Acetylen-Ruß als Leitfähigkeitshilfsmittel verwendet wird, ist das Bindemittel vorzugsweise PTFE, da PTFE fest an Natriumchromit und Acetylen-Ruß binden kann.The aluminum porous body can also be used as an electrode material for molten salt batteries. When the aluminum porous body is used as a positive electrode material, a metal compound such as sodium chromite (NaCrO 2 ) or titanium disulfide (TiS 2 ) is used as the active material in which a cation of a molten salt serving as an electrolyte can be incorporated. The active material is used in combination with a conductivity aid or a binder. As the conductivity assistant, acetylene black or the like can be used. As the binder, polytetrafluoroethylene (PTFE) and the like can be used. When sodium chromite is used as the active material and acetylene black is used as the conduction aid, the binder is preferably PTFE because PTFE can firmly bond to sodium chromite and acetylene black.
Der poröse Aluminiumkörper kann auch als negatives Elektrodenmaterial für Schmelzsalzbatterien verwendet werden. Wenn der poröse Aluminiumkörper als negatives Elektrodenmaterial verwendet wird, kann Natrium allein, eine Legierung aus Natrium und einem anderen Metall, Kohlenstoff oder dergleichen als aktives Material verwendet werden. Natrium weist einen Schmelzpunkt von etwa 98°C auf, und das Metall wird mit einer Temperaturzunahme weicher. Es ist daher bevorzugt, Natrium mit einem anderen Metall (Si, Sn, In usw.) zu legieren. Eine Legierung aus Natrium und Sn ist aufgrund seiner leichten Handhabung besonders bevorzugt. Natrium oder eine Natriumlegierung kann auf der Oberfläche des porösen Aluminiumkörpers durch Elektroplattierung, Feuermetallisierung oder einem anderen Verfahren geträgert werden. Alternativ kann ein Metall (Si usw.), das mit Natrium zu legieren ist, durch Plattieren auf dem porösen Aluminiumkörper abgeschieden werden und dann durch einen Ladevorgang in der Schmelzsalzbatterie zu einer Natriumlegierung umgewandelt werden.The aluminum porous body can also be used as a negative electrode material for molten salt batteries. When the aluminum porous body is used as the negative electrode material, sodium alone, an alloy of sodium and another metal, carbon or the like can be used as the active material. Sodium has a melting point of about 98 ° C, and the metal softens with an increase in temperature. It is therefore preferable to alloy sodium with another metal (Si, Sn, In, etc.). An alloy of sodium and Sn is particularly preferred because of its ease of handling. Sodium or a sodium alloy may be supported on the surface of the aluminum porous body by electroplating, fire metallizing or other method. Alternatively, a metal (Si, etc.) to be alloyed with sodium may be deposited on the aluminum porous body by plating and then converted to a sodium alloy by a charging operation in the molten salt battery.
Das Schmelzsalz, das als Elektrolyt dient, kann jegliches anorganisches Salz oder organisches Salz sein, das bei der Betriebstemperatur schmilzt. Als Kation des Schmelzsalzes können ein oder mehrere Kationen, ausgewählt aus Alkalimetallen, wie Lithium (Li), Natrium (Na), Kalium (K), Rubidium (Rb) und Cäsium (Cs), und Erdalkalimetallen, wie Beryllium (Be), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr) und Barium (Ba), verwendet werden. The molten salt serving as the electrolyte may be any inorganic salt or organic salt which melts at the operating temperature. As the cation of the molten salt, one or more cations selected from alkali metals such as lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb) and cesium (Cs), and alkaline earth metals such as beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr) and barium (Ba).
Um den Schmelzpunkt des Schmelzsalzes zu verringern, ist es bevorzugt, eine Mischung aus mindestens zwei Salzen zu verwenden. Zum Beispiel kann die Verwendung von Kaliumbis(fluorsulfonyl)amid (K-N (SO2F)2; KFSA) und Natriumbis(fluorsulfonyl)amid (Na-N(SO2F)2; NaFSA) in Kombination die Batteriebetriebstemperatur auf 90°C oder niedriger verringern.In order to lower the melting point of the molten salt, it is preferred to use a mixture of at least two salts. For example, the use of potassium bis (fluorosulfonyl) amide (KN (SO 2 F) 2 ; KFSA) and sodium bis (fluorosulfonyl) amide (Na-N (SO 2 F) 2 ; NaFSA) in combination may set the battery operating temperature to 90 ° C or lower.
Das Schmelzsalz wird in Form eines mit dem Schmelzsalz imprägnierten Separators verwendet. Der Separator verhindert den Kontakt zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode und kann ein Glasvliesstoff, ein poröser Harzformkörper oder dergleichen sein. Ein in einem Gehäuse untergebrachtes Laminat aus der positiven Elektrode, der negativen Elektrode und dem mit dem Schmelzsalz imprägnierten Separator wird als Batterie verwendet.The molten salt is used in the form of a separator impregnated with the molten salt. The separator prevents the contact between the positive electrode and the negative electrode and may be a glass nonwoven fabric, a porous resin molded article or the like. A laminate of the positive electrode, the negative electrode, and the molten salt impregnated separator housed in a case is used as a battery.
BEISPIELEEXAMPLES
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung detaillierter auf Basis von Beispielen beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese beschränkt.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these.
[Beispiel 1][Example 1]
(Bildung der leitfähigen Schicht)(Formation of the conductive layer)
Als Proben eines Urethanharzformkörpers wurde eine Probe 1 mit 30 Poren (Zellen) pro inch (einem Porendurchmesser von 847 μm), eine Probe 2 mit 40 Poren (Zellen) pro inch (einem Porendurchmesser von 635 μm), eine Probe 3 mit 50 Poren (Zellen) pro inch (einem Porendurchmesser von 508 μm) und eine Probe 4 mit 58 Poren (Zellen) pro inch (einem Porendurchmesser von 438 μm) hergestellt, die jeweils eine Porosität von 95% und eine Dicke von 1 mm aufwiesen, und diese Proben wurden in ein Rechteck von 100 mm × 30 mm geschnitten. Ein Aluminiumfilm wurde auf der Oberfläche der jeweiligen Polyurethanschäume bei einem Flächengewicht von 10 g/m2 durch Sputtern zur Bildung einer leitfähigen Schicht gebildet.As samples of a urethane resin molded article, a
(Schmelzsalzplattierung)(Molten salt)
Der Urethanschaum mit einer auf seiner Oberfläche gebildeten leitfähigen Schicht wurde als Arbeitsstück in eine Vorrichtung mit einer Stromversorgungsfunktion geladen, und dann wurde die Vorrichtung in eine Glovebox gestellt, dessen Inneres auf einer Argonatmosphäre und geringer Feuchtigkeit (einem Tauchpunkt von –30°C oder geringer) eingestellt wurde, und in ein Schmelzsalz-Aluminiumplattierbad (33 mol-% EMIC-67 mol-% AlCl3) bei einer Temperatur von 40°C getaucht. Das Arbeitsstück in der Haltevorrichtung wurde mit der Kathode eines Gleichrichters verbunden, und eine Aluminiumplatte (Reinheit 99,99%) der Gegenelektrode wurde mit der Anode verbunden. Die Arbeitsstücke wurden durch Anlegen eines Gleichstroms bei einer Stromdichte von 3,6 A/dm2 für 90 Minuten unter Erhalt von Aluminiumstrukturen 1 bis 4 plattiert, wobei 150 g/m2 Aluminiumplattierungsschichten auf den jeweiligen Oberflächen der Urethanschäume gebildet wurden. Das Rühren wurde mit einem Rührer unter Verwendung eines Teflon(eingetragene Handelsmarke)-Rotors durchgeführt. Hierbei wurde die Stromdichte auf Basis der scheinbaren Fläche des Urethanschaums berechnet.The urethane foam having a conductive layer formed on its surface was charged as a workpiece into a device having a power supply function, and then the device was placed in a glovebox whose interior was placed in an argon atmosphere and low humidity (a dipping point of -30 ° C or lower). and dipped in a molten salt aluminum plating bath (33 mol% EMIC-67 mol% AlCl 3 ) at a temperature of 40 ° C. The workpiece in the holder was connected to the cathode of a rectifier, and an aluminum plate (purity 99.99%) of the counter electrode was connected to the anode. The workpieces were plated by applying a direct current at a current density of 3.6 A / dm 2 for 90 minutes to obtain
(Zersetzung des Harzschaumformkörpers)(Decomposition of the resin foam molding)
Jede der oben erwähnten Aluminiumstrukturen 1 bis 4 wurde in ein eutektisches LiCl-KCl-Schmelzsalz bei einer Temperatur von 500°C getaucht, und ein negatives Potential von –1 V wurde für 30 Minuten an die Aluminiumstruktur angelegt. In dem Schmelzsalz wurden von der Zersetzungsreaktion des Polyurethanschaums herrührende Luftblasen erzeugt. Danach wurde jede der Aluminiumstrukturen an Luft auf Raumtemperatur abgekühlt und mit Wasser zur Entfernung des Schmelzsalzes gewaschen, um poröse Aluminiumkörper 1 bis 4 zu erhalten, von denen das Harz entfernt wurde.Each of the above-mentioned
(Einfüllen der Aufschlämmung in den porösen Aluminiumkörper) (Charging the slurry into the aluminum porous body)
Ein Lithium-Kobaltoxid-Pulver (aktives Material der positiven Elektrode) mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 5 μm wurde als aktives Material hergestellt, und das Lithium-Kobaltoxid-Pulver, Acetylen-Ruß (Leitfähigkeitshilfsmittel) und PVDF (Bindemittel) wurden in einem Verhältnis von 90:5:5, bezogen auf Masse-%, gemischt. N-Methyl-2-pyrrolidon (organisches Lösungsmittel) wurde tropfenweise zu der Mischung zugefügt, und die Mischung wurde zur Herstellung einer pastenartigen Aufschlämmung aus einer positiven Elektrodenmischung gemischt. Als Nächstes wurde die Aufschlämmung aus einer positiven Elektrodenmischung der Oberfläche von jedem der porösen Aluminiumkörper 1–4 zugeführt und unter einer Last von 5 kg/cm2 durch eine Walze gepresst, und dadurch wurde jeder der porösen Aluminiumkörper 1–4 mit der positiven Elektrodenmischung gefüllt. Danach wurde die Aufschlämmung bei 100°C für 40 Minuten zur Entfernung des organischen Lösungsmittel getrocknet, wodurch positive Elektroden-Proben 1–4 erhalten wurden.A lithium cobalt oxide powder (positive electrode active material) having an average particle diameter of 5 μm was prepared as the active material, and the lithium cobalt oxide powder, acetylene carbon black (conductive agent) and PVDF (binder) were used in a ratio of 90: 5: 5, based on mass%, mixed. N-methyl-2-pyrrolidone (organic solvent) was added dropwise to the mixture, and the mixture was mixed to prepare a paste-like slurry of a positive electrode mixture. Next, the slurry of a positive electrode mixture was supplied to the surface of each of the aluminum porous bodies 1-4 and pressed by a roller under a load of 5 kg / cm 2 , and thereby each of the aluminum porous bodies 1-4 was filled with the positive electrode mixture , Thereafter, the slurry was dried at 100 ° C for 40 minutes to remove the organic solvent, whereby positive electrode samples 1-4 were obtained.
Aufnahmen der Querschnitte der erhaltenen positiven Elektroden-Proben wurden aufgenommen und die Mengen an aktivem Material pro Einheitsfläche untersucht.Images of the cross-sections of the positive electrode samples obtained were taken and the amounts of active material per unit area were examined.
Die Menge an aktivem Material der Probe 4 wurde als 100 angenommen, und ein Verhältnis (Verhältnis des eingefüllten aktiven Materials) der Menge an aktivem Material für jede Probe zu der oben erwähnten Menge wird in Tabelle 1 dargestellt.The amount of active material of Sample 4 was taken as 100, and a ratio (ratio of charged active material) of the amount of active material for each sample to the above-mentioned amount is shown in Table 1.
Aus den in Tabelle 1 dargestellten Ergebnissen wird festgestellt, dass der poröse Aluminiumkörper mit einem durchschnittlichen Zellendurchmesser von 50 μm bis 1000 μm hinsichtlich der Füllleistung an aktiver Materialaufschlämmung ausgezeichnet ist. [Tabelle 1]
Die vorliegende Erfindung wurde auf Basis von Ausführungsformen beschrieben, ist jedoch nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen zu beschränken. Variationen dieser Ausführungsformen können innerhalb des Identitäts- und Äquivalenzbereichs der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.The present invention has been described based on embodiments, but is not limited to the embodiments described above. Variations of these embodiments may be made within the scope of the invention and its equivalents.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEITINDUSTRIAL APPLICABILITY
Da die Elektrode, die den erfindungsgemäßen porösen Aluminiumkörper für einen Stromkollektor einschließt, die Füllleistung eines aktiven Materials pro Einheitsvolumen zur Realisierung einer höheren Kapazität verbessern kann und die Zahl an Schichten eines Laminats verringern kann, so dass die Verarbeitungskosten bei der Verarbeitung des porösen Aluminiumkörpers in eine Elektrode reduziert werden, kann sie in geeigneter Weise als Elektrode für Sekundärbatterien und dergleichen verwendet werden.Since the electrode including the aluminum porous body according to the invention for a current collector can improve the filling capacity of an active material per unit volume to realize a higher capacity and can reduce the number of layers of a laminate, so that the processing cost in the processing of the aluminum porous body into a Electrode can be suitably used as an electrode for secondary batteries and the like.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- HarzformkörperResin moldings
- 22
- leitfähige Schichtconductive layer
- 33
- Aluminiumplattierungsschichtaluminum plating
- 21a, 21b21a, 21b
- Plattierbadplating bath
- 2222
- streifenförmiges Harzstrip-shaped resin
- 23, 2823, 28
- Plattierbadplating bath
- 2424
- zylindrische Elektrodecylindrical electrode
- 25, 2725, 27
- Anodeanode
- 2626
- Elektrodenwalzeelectrode roller
- 3232
- Kompressionsvorrichtungcompression device
- 3333
- komprimierter Teilcompressed part
- 3434
- poröser Aluminiumkörperporous aluminum body
- 3535
- Rotationswalzerotating roller
- 3636
- Rotationsachse der WalzeRotation axis of the roller
- 3737
- FahnenanschlussTab terminal
- 3838
- Isolier-/VersiegelungsbandInsulating / sealing tape
- 4141
- Abwickelwalzeunreeling
- 4242
- Kompressionswalzecompression roller
- 4343
- Kompressions-SchweißwalzeCompression welding roll
- 4444
- Füllwalzefilling roller
- 4545
- Trocknerdryer
- 4646
- Kompressionswalzecompression roller
- 4747
- Schneidewalzecutting roller
- 4848
- Aufwickelwalzewinding roll
- 4949
- AnschlusszufuhrwalzeConnection feed roller
- 5050
- AufschlämmungszufuhrdüseAufschlämmungszufuhrdüse
- 5151
- Aufschlämmungslurry
- 6060
- Lithiumbatterielithium battery
- 6161
- positive Elektrodepositive electrode
- 6262
- negative Elektrodenegative electrode
- 6363
- Festelektrolytschicht (SE-Schicht)Solid electrolyte layer (SE layer)
- 6464
- positive Elektrodenschicht (positiver Elektrodenkörper)positive electrode layer (positive electrode body)
- 6565
- Stromkollektor der positiven ElektrodeCurrent collector of the positive electrode
- 6666
- negative Elektrodenschichtnegative electrode layer
- 6767
- Stromkollektor der negativen ElektrodeCurrent collector of the negative electrode
- 121121
- positive Elektrodepositive electrode
- 122122
- negative Elektrodenegative electrode
- 123123
- Separatorseparator
- 124124
- Andruckplatteplaten
- 125125
- Federfeather
- 126126
- Andruckelementpresser
- 127127
- Gehäusecasing
- 128128
- Ende der positiven ElektrodeEnd of the positive electrode
- 129129
- Ende der negativen ElektrodeEnd of the negative electrode
- 130130
- Anschlussleitungconnecting cable
- 141141
- polarisierbare Elektrodepolarizable electrode
- 142142
- Separatorseparator
- 143143
- organische elektrolytische Lösungorganic electrolytic solution
- 144144
- Anschlussleitungconnecting cable
- 145145
- Gehäusecasing
- 146146
- positive Elektrodepositive electrode
- 147147
- negative Elektrodenegative electrode
- 148148
- Anschlussleitungconnecting cable
- 149149
- Anschlussleitungconnecting cable
Claims (6)
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